Informe final residencia v1 aun no esta bien

Subdirección Académica - Departamento de Sistemas y Computación

Ingeniería en Sistemas Computacionales

Enero – Junio 2012

Reporte Final de Residencia Profesional

PROYECTO

Análisis de Ondas Cerebrales

EMPRESA O INSTITUCIÓN

Instituto Tecnológico de Tijuana

NOMBRE DEL RESIDENTE

López Galindo Alfredo

NO. DE CONTROL

09210204

NOMBRE DEL ASESOR INTERNO NOMBRE DEL ASESOR EXTERNO

Dr. Miguel Ángel López Ramírez Dr. Arnulfo Alanís Garza

Tijuana, Baja California a Junio del 2013

Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW

1

Tabla de Contenido

1. Introducción ................................................................................................................. 6

2. Datos Generales ......................................................................................................... 7

3. Justificación ................................................................................................................. 8

4. Objetivos ..................................................................................................................... 9

4.1 Objetivo General .................................................................................................... 9

4.2 Objetivo Especifico ................................................................................................ 9

4.3 Propósitos .............................................................................................................. 9

5. Alcances y limitaciones ............................................................................................. 10

5.1 Alcances .............................................................................................................. 10

5.2 Limitaciones ......................................................................................................... 10

6. Fundamento Teórico ................................................................................................. 11

6.1 Conceptos fundamentales ................................................................................... 11

6.1.1 Señal Biomédica ............................................................................................ 11

6.1.1.1 Señales de Bioimpedancia ...................................................................... 12

6.1.1.2 Señales Bioacústicas .............................................................................. 12

6.1.1.3 Señales Biomagnéticas ........................................................................... 12

6.1.1.4 Señales Biomecánicas ............................................................................ 12

6.1.1.5 Señales Bioquímicas ............................................................................... 13

6.1.1.6 Señales Bioópticas .................................................................................. 13

6.1.1.7 Señales Bioeléctricas .............................................................................. 13

6.1.2 Electroencefalograma (EEG) ......................................................................... 13

6.1.2.1 Historia del EEG ...................................................................................... 13

6.1.2.2 Estudio Y Anatomía Del Encéfalo. ........................................................... 15

6.1.2.3 Captación Del EEG. ................................................................................ 20

6.1.3 Sistema internacional de posicionamiento de electrodos (Sistema 10-20) .... 21

6.1.4 Ondas Cerebrales .......................................................................................... 26

6.1.4.1 Ondas Beta ............................................................................................. 26

6.1.4.2 Ondas Alfa ............................................................................................... 27

6.1.4.3 Ondas Theta ............................................................................................ 27

6.1.4.4 Ondas Delta ............................................................................................ 27


2

7. Procedimiento y Descripción de las Actividades ....................................................... 28

7.1 Proceso de Desarrollo ......................................................................................... 28

7.2 Requerimientos .................................................................................................... 29

7.2.1 Hardware ....................................................................................................... 29

7.2.2 Software......................................................................................................... 29

7.3 Herramientas a Utilizar........................................... Error! Bookmark not defined.

7.3.1 LabVIEW.......................................................... Error! Bookmark not defined.

7.3.1.1 Panel Frontal ............................................. Error! Bookmark not defined.

7.3.1.2 Diagrama de Bloques ................................ Error! Bookmark not defined.

7.3.1.3 Paleta de controles (Controls palette) ....... Error! Bookmark not defined.

7.3.1.4 Paleta de funciones (functions palette) ...... Error! Bookmark not defined.

7.3.2 Emotiv Development Kit (EmoComposer) ....... Error! Bookmark not defined.

7.3.3 Librería Emotiv para LabVIEW ........................ Error! Bookmark not defined.

7.4 Elementos por Diseñar........................................... Error! Bookmark not defined.

7.4.1 Diseño de la interfaz ........................................ Error! Bookmark not defined.

8. Resultados Obtenidos ................................................. Error! Bookmark not defined.

8.1 Interfaces y su descripción ..................................... Error! Bookmark not defined.

8.2 Diagrama de bloques ............................................. Error! Bookmark not defined.

8.3 Demostraciones ..................................................... Error! Bookmark not defined.

9. Conclusiones y Recomendaciones ............................. Error! Bookmark not defined.

10. Referencias ............................................................... Error! Bookmark not defined.

11. Anexos ...................................................................... Error! Bookmark not defined.

11.1 Instalación de JKI VI Package Manager .............. Error! Bookmark not defined.

11.2 Instalación de Librería de Emotiv para LabVIEW . Error! Bookmark not defined.


3

Tabla de Figuras Figura 1: Vista lateral izquierda del encéfalo y tronco del encéfalo ................................................. 15

Figura 2: Vista lateral de la sección media del encéfalo y tronco del encéfalo .............................. 16

Figura 3: La corteza cerebral. ................................................................................................................ 17

Figura 4: Homúnculos humanos sensitivo y motor. ............................................................................ 19

Figura 5: Fp, punto frontal polar; O, punto occipital. .......................................................................... 21

Figura 6: Fz, punto frontal; cz, punto central; Pz, punto parietal. ..................................................... 22

Figura 7: Medición coronal lateral. Situación de los electrodos T3 y T4. ........................................ 22

Figura 8: Situación de los electrodos C3 y C4. ................................................................................... 23

Figura 9: Situación de los electrodos F3 y F4. .................................................................................... 23

Figura 10: Situación de los electrodos P3 y P4. .................................................................................. 24

Figura 11: Situación de los electrodos F7, F8, T5, T6, FP1, P2, O1 y O2. ..................................... 24

Figura 12: Situación de los electrodos A1 y A2. .................................................................................. 25

Figura 13: Sistema de colocación de electrodos según versión europea. ...................................... 26

Figura 14: Red Neuronal Emitiendo Señales Eléctricas .................................................................... 27

Figura 15: Ciclo de Vida Modelo Incremental ...................................................................................... 29

Figura 16: LabVIEW .................................................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 17: Panel Frontal (Front Panel) .................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 18: Diagrama de Bloques (Block Diagram) ................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 19: Paleta de Controles (Controls Palette) ................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 20: Paleta de Funciones (Functions Palette) ............................. Error! Bookmark not defined.

Figura 21: Logotipo Emotiv Systems ....................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 22: Modo Interactivo EmoComposer ........................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 23: Modo EmoScript EmoComposer ........................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 24: Emotiv Toolkit ........................................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 25: Face Expressions ..................................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 26: Lower Face Waveform Chart ................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 27: Look Right-Left Waveform Chart ........................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 28: Wink Left-Right Waveform Chart ........................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 29: Pestaña 10-20 .......................................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 30: Posicionamiento 10-20 ............................................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 31: Selector de Actividad. .............................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 32: Indicador de actividad en Electrodo. ..................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 33: Pestaña 10-20 Sides. .............................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 34: Pestaña Frequencies. .............................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 35: Selector de Actividad. .............................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 36: Waveform Chart de Frecuencia Delta. ................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 37: Waveform Chart de Frecuencia Theta. ................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 38: Waveform Chart de Frecuencia Alpha. ................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 39: Waveform Chart de Frecuencia Beta. ................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 40: Diagrama de Bloques (Conexión). ........................................ Error! Bookmark not defined.


4

Figura 41: Diagrama de Bloques Reconocimiento de Actividad (Face Expressions). ............ Error!

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Figura 42: Diagrama de Bloques, Reconocimiento de Actividad (10-20 Parte 1). Error! Bookmark

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Figura 45: Selector y Contenido Case Structure (None Case). ................................................... 55

Figura 46: Contenido Case Structure (Blink Case). ...... Error! Bookmark not defined.

Figura 47: Contenido Case Structure (Look Right Case). ............................................................. 55

Figura 48: Contenido Case Structure (Look Left Case). ................ Error! Bookmark not defined.

Figura 49: Contenido Case Structure (Smile Case). ...................................................................... 55

Figura 50: Contenido Case Structure (Laugh Case). ......................... Error! Bookmark not defined.

Figura 51: Contenido Case Structure (Smirk Right). ...................................................................... 56

Figura 52: Contenido Case Structure (Smirk Left). ......................... Error! Bookmark not defined.

Figura 53: Contenido Case Structure (Clench Case). .................................................................... 56

Figura 54: Contenido Case Structure (Left Wink Case)....................... Error! Bookmark not defined.

Figura 55: Contenido Case Structure (Right Wink Case). .................... Error! Bookmark not defined.

Figura 56: DataSet Actividad Cerebral .................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 57: Distribución de Datos DataSet ............................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 58: DataSet para Frecuencias ...................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 59: Lectura de las expresiones del rostro. .................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 60: Detección de actividad de la boca (Smirk Right) ................ Error! Bookmark not defined.

Figura 61: Detección de actividad de los ojos (Look Right y Look Left). ........... Error! Bookmark not

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Figura 62: Detección de Actividad del ojo derecho (Wink Right). ....... Error! Bookmark not defined.

Figura 63: Electrodos Activos (Smile). ..................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 64: Electrodos Activos (Clench). .................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 65: Electrodos Activos (Smirk Left). ............................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 66: Electrodos Activos (Smirk Right). .......................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 67: Electrodos Activos (Laugh). .................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 68: Lectura de Actividad ................................................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 69: Lectura de Actividad (Blink). ................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 70: Lectura de Actividad (Look Right). ........................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 71: Lectura de Actividad (Look Left). ........................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 72: Lectura de Actividad (Smile). ................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 73: Lectura de Actividad (Laugh). ................................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 74: Lectura de Actividad (Smirk Left). ......................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 75: Lectura de Actividad (Smirk Right). ....................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 76: Lectura de Actividad (Clench). ............................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 77: Lectura de Actividad (Left Wink). ........................................... Error! Bookmark not defined.


5

Figura 78: Lectura de Actividad (Right Wink). ........................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 79: Lectura de Frecuencias (None). ............................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 80: Lectura de Frecuencias (Blink). ............................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 81: Lectura de Frecuencias (Look Right). ................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 82: Lectura de Frecuencias (Look Left). ..................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 83: Lectura de Frecuencias (Smile). ............................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 84: Lectura de Frecuencias (Laugh). ........................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 85: Lectura de Frecuencias (Smirk Left). .................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 86: Lectura de Frecuencias (Smirk Right). ................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 87: Lectura de Frecuencias (Clench). ......................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 88: Lectura de Frecuencias (Left Wink). ..................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 89: Lectura de Frecuencias (Right Wink). ................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 90: Pagina de JKI ............................................................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 91: Descarga de JKI VIPM. ........................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 92: Instalacion JKI VIPM. .............................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 93: Terminos y Condiciones de Uso. ........................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 94: Destino de Instalacion. ............................................................ Error! Bookmark not defined.

Figura 95: Instalacion Finalizada. ............................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 96: Pagina Web LabVIEW Hacker. .............................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 97: Archivo de Libreria Emotiv ...................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 98: VI Package Manager ............................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 99: Descripción Emotiv Toolkit ..................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 100: Confirmación Emotiv Toolkit ................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 101: Instalación Emotiv Toolkit ..................................................... Error! Bookmark not defined.

Figura 102: Instalación Emotiv Toolkit Finalizada .................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 103: Emotiv Toolkit Palette ............................................................ Error! Bookmark not defined.


6

1. Introducción

En este informe se presenta el proyecto realizado en el Instituto Tecnológico de

Tijuana (ITT) para el departamento de sistemas y computación que sirve para acreditar

el módulo de residencia profesional para la carrera de Ingeniería en sistemas

computacionales.El proyecto consiste en análisis de las ondas cerebrales por medio de

electrodos conectados a un sistema embebido el cual será conectado a un programa

para presentar la información de forma gráfica.

El dispositivo que cuenta con los sensores será conectado a una tarjeta arduino

de ahí por medio de un cable USB al programa Labview con la finalidad de graficar las

diferentes ondas que emite el cerebro y posteriormente darle una aplicación futura.


7

2. Datos Generales

Nombre:

Instituto Tecnológico de Tijuana

Domicilio:

Calzada Tecnológico S/N Frac. Tomás Aquino, C.P. 22414, Tijuana,Baja California.

Actividad principal de la empresa:

Educación Superior

Nombre del asesor de la empresa:

Dr. Miguel Ángel López Ramírez

Breve descripción de la actividad de la empresa:

El Instituto Tecnológico de Tijuana, es una Institución Superior Pública, parte del

Sistema Nacional de Educación Superior Tecnológica con presencia en todo el país.


8

3. Justificación

La realización del sistema presentaría una gran ventaja para conocer el

comportamiento de las ondas cerebrales en los humanos a la hora de realizar una

tarea en específico.

El beneficio de este proyecto es que al conseguir analizar las ondas y saber su

funcionamiento se podrá realizar una aplicación que al recibir una determinada onda

realice una función, esto es muy importante en el área de la inteligencia artificial ya que

se podría implementar en una amplia gama de dispositivos.


9

4. Objetivos

4.1 Objetivo General

Realizar un programa que muestra gráficamente el análisis de las ondas

emitidas por el cerebro, con la finalidad de aplicaciones futuras.

4.2 Objetivo Especifico

Graficar las ondas cerebrales.

Conectar dispositivo de electrodo a sistema embebido.

Conectar dispositivo embebido por medio de la librería adecuada a un software.

4.3 Propósitos

Que la aplicación pueda servir como base para proyectos futuros enfocados al tema de

interpretación de emociones, actividad cerebral, EEG, etc.


10

5. Alcances y limitaciones

5.1 Alcances

La aplicación podrá ser accesible a cualquiera que pertenezca al departamento de

sistemas y computación, cubrirá la necesidad básica de tener una aplicación que arroje

datos similares a los que se muestran en un EEG y además se encuentra abierto para

adaptar cambios o mejoras que los usuarios del momento requieran para satisfacer sus

propósitos específicos.

5.2 Limitaciones

Las señales que se generen serán sintéticas (virtuales) por lo que para el desarrollo de

esta aplicación no se podrán tomar en cuenta al máximo todas las variaciones que

puedan surgir en la lectura real de las señales eléctricas (cambios de voltaje,

frecuencia, etc.).


11

6. Fundamento Teórico

6.1 Conceptos fundamentales

Para lograr comprender mejor este proyecto, es necesario saber o estar familiarizados

con conceptos usados de manera frecuente en este tema, tal como puede ser EEG,

Sistema 10-20, ondas cerebrales, etc.

6.1.1 Señal Biomédica

Una señal biomédica incluye todas la señales usadas en el diagnostico o investigación

médica que se originan de alguna manera en el cuerpo, este campo ha sido impulsado

principalmente en las últimas dos décadas gracias al desarrollo en el procesamiento de

señales.


12

Cuando el propósito de la señal es el procesamiento, no es muy relevante cual es la

fuente de la señal o qué tipo de señal biomédica es, lo que es primordial es el tipo de la

señal, sin embargo se hará una breve reseña al los tipos de señales Biomédicas.

Dependiendo del tipo de origen que tenga la señal se puede emplear la siguiente

clasificación.

6.1.1.1 Señales de Bioimpedancia

La impedancia eléctrica de los tejidos contiene información importante sobre la

composición, volumen y distribución sanguínea, información sobre el sistema nervioso

y mas, las mediciones de bioimpedancia se realizan generalmente con dos tipos de

electrodos, unos que inyectan corrientes eléctricas en el tejido y otros electrodos que

se ubican sobre el tejido a estudiar y miden la caída de tensión generada por la

corriente y la impedancia del tejido.

6.1.1.2 Señales Bioacústicas

Fenómenos acústicos producidos por funciones normales del cuerpo, desde el fluir de

la sangre, el latir del corazón, incluso movimiento de los músculos generan sonidos que

ayudan al diagnostico medico de una situación en particular, la señal bioacústica se

puede adquirir desde la superficie utilizando transductores acústicos.

6.1.1.3 Señales Biomagnéticas

Varios órganos como el cerebro, el corazón y los pulmones, producen campos

magnéticos en extremo débiles, la medición de estos campos brinda información que

ningún otra bioseñal provee.

6.1.1.4 Señales Biomecánicas

Incluyen señales generadas por procesos mecánicos del cuerpo como locomoción, y

desplazamiento, flujo presión, estas señales por ser de carácter mecánico no se

propagan tan fácilmente por el cuerpo, en consecuencia la medición se hace sobre el

sitio donde se origina y requiere una gran variedad de transductores.


13

6.1.1.5 Señales Bioquímicas

Generalmente son el resultado de mediciones químicas de tejidos vivos o muestras

analizadas en laboratorio.

6.1.1.6 Señales Bioópticas

Son resultado de reacciones ópticas que ocurren naturalmente o son inducidas para su

medición, como ejemplo se puede obtener información importante de un feto a partir de

la fluorescencia del líquido amniótico.

6.1.1.7 Señales Bioeléctricas

Las señales bioeléctricas son propias de sistemas biológicos, su fuente es el potencial

transmembrana que ante ciertas condiciones genera una diferencia de potencial, que si

se lo mide a nivel de células aisladas con micro electrodos puede ser en si la señal

biomédica.

6.1.2 Electroencefalograma (EEG)

La Electroencefalografía es el registro y evaluación de los potenciales eléctricos

generados por el cerebro y obtenidos por medio de electrodos situados sobre la

superficie del cuero cabelludo9.

El electroencefalograma (EEG) es el registro de la actividad eléctrica de las neuronas

del encéfalo. Dicho registro posee formas muy complejas que varían mucho con la

localización de los electrodos y entre individuos. Esto es debido al gran número de

interconexiones que presentan las neuronas y por la estructura no uniforme del

encéfalo.

6.1.2.1 Historia del EEG

Fue una guerra lo que brindó la oportunidad de explorar el cerebro humano por vez

primera. En 1870, Fritsch y Hitzig, médicos militares del ejército prusiano, observaron


14

que al estimular, mediante corriente galvánica, determinadas áreas laterales de

cerebros descubiertos (de algunas de las bajas de la batalla de Sedán) se producían

movimientos en el lado opuesto del cuerpo. Cinco años más tarde R. Caton confirmó

que el cerebro es capaz de producir corrientes eléctricas. Ferrier, siguiendo en la

misma línea, experimentó con la “corriente farádica”. Como resultado de todo ello,

hacia finales de siglo se tenían suficientes pruebas de que el cerebro de los animales

poseía propiedades eléctricas comparables a las encontradas en el nervio y en el

músculo. En 1913, Prawdwicz-Neminski registró lo que llamó “electrocerebrograma” de

un perro, siendo el primero en intentar clasificar semejantes observaciones. Hay que

puntualizar, sin embargo, que todos los experimentos se hacían sobre cerebros

descubiertos. Al ser los cambios eléctricos muy pequeños y sin procedimientos de

amplificación, era imposible registrar los impulsos que alcanzaran el exterior del cráneo

aún de haberse sospechado su existencia.

Fue en 1928 cuando Hans Berger ideó un método que prometía una investigación de la

actividad eléctrica cerebral, descubriendo lo que se conoció como “ritmo de Berger”.

Sin embargo debido a su falta de conocimientos técnicos, no fue hasta algunos años

después cuando se reconoció su importancia. Mientras tanto, las posibilidades de la

electroencefalografía clínica se discutían, por primera vez, en una reunión en el

Laboratorio central de Patología del Hospital Maudsley de Londres, en 1929. A pesar

de que el grupo de investigadores intentara obtener registros del “ritmo de Berger”

usando amplificadores y un galvanómetro vetusto, sin embargo no se tomaba en serio

el estudio del cerebro ni los descubrimientos de Berger. Fue en 1934 cuando a raíz de

una demostración pública ante un auditorio británico en una reunión de la Sociedad de

Fisiología, en Cambridge, Adrian y Matthews verificaron por primera vez el “Ritmo de

Berger”. Berger, utilizando las mejoras introducidas por Adrian, siguió avanzando hasta

donde le permitía su técnica defectuosa, observando por ejemplo que cuando el sujeto

abría los ojos o resolvía algún problema mentalmente se alteraba el ritmo amplio y

regular. Esto fue verificado posteriormente por Adrian y Matthews quien al tener

mejores conocimientos científicos y mejores técnicas avanzó incluso mucho más,

demostrando que el ritmo regular y amplio de diez ciclos por segundo surgía de las


15

áreas visuales de asociación y no de todo el cerebro. Años más tarde se apreció la

importancia de tal descubrimiento. Posteriormente la electropatología del cerebro creció

en importancia, confirmándose las predicciones de Golla sobre las alteraciones de las

oscilaciones rítmicas en las enfermedades. Se avanzó mucho en este campo,

comenzando a interesar, entre los investigadores del EEG, el estudio de la epilepsia y

otras enfermedades mentales, poniéndose de relieve la complejidad del tema y la

imposibilidad de aislamiento de funciones simples, siendo necesario estudiar al cerebro

como un órgano total. A partir de estos comienzos con el paso de los años y mediante

evaluaciones sucesivas, se han llegado a conocer otros aspectos del EEG tal como lo

conocemos hoy en día.

6.1.2.2 Estudio Y Anatomía Del Encéfalo.

El encéfalo, contenido en el cráneo, es la parte más voluminosa del sistema nervioso

central (SNC), que continúa en la médula espinal, contenida en la columna vertebral, y

en los nervios sensitivos y motores que llevan, respectivamente, información sensorial

al encéfalo y el control de la musculatura del esqueleto.

El encéfalo se divide en las siguientes partes: tallo cerebral, cerebelo y cerebro (Figura

1).

Figura 1: Vista lateral izquierda del encéfalo y tronco del encéfalo


16

El tallo cerebral es la parte evolutivamente más antigua del encéfalo; conecta entre sí el

córtex cerebral, la médula espinal y el cerebelo; controla asimismo los ritmos cardíaco y

respiratorio, y es el centro de diversos reflejos motores.

El cerebelo es el coordinador de los movimientos voluntarios, además de mantener el

equilibrio. Además realiza una función de “filtro paso bajo” para alisar lo que de otro

modo serían movimientos musculares “espasmódicos”.

Figura 2:Vista lateral de la sección media del encéfalo y tronco del encéfalo


17

El cerebro es la parte más evolucionada del encéfalo (Figura 2) y en él están

localizadas las funciones conscientes del sistema nervioso. Posee dos partes llamadas

hemisferios que se relacionan con las partes opuestas del cuerpo. La superficie externa

del hemisferio se conoce por córtex y en ella se recibe la información sensorial. Las

capas más profundas están formadas por axones y núcleos de células.

La subdivisión más importante del encéfalo es la corteza cerebral que contiene unos 9

de los 12 billones de neuronas que hay en el cerebro humano. La corteza es en

realidad una capa más bien fina de neuronas situada en la periferia del cerebro que

contiene muchas fisuras o pliegues entrantes para dar una mayor área superficial.

Algunas de las fisuras más profundas, llamadas también surcos se utilizan como límites

para dividir la corteza en ciertos lóbulos. En la Figura 3 se muestran varias de las más

prominentes, junto con la situación de los lóbulos más importantes.

Figura 3: La corteza cerebral.


18

Todas las entradas sensoriales alcanzan con el tiempo la corteza cerebral donde

ciertas regiones parecen estar relacionadas específicamente, con ciertas modalidades

de información sensitiva. Otras regiones de la corteza parecen estar relacionadas

específicamente con las funciones motoras. Por ejemplo, todas las entradas

sensoriales somáticas (calor, frío, presión, tacto, etc.) llegan a una región de la

superficie cortical justo por detrás de surco central, abarcando la parte delantera del

lóbulo parietal. Las entradas sensoriales somáticas de cada punto del organismo

11evan a una parte específica de esta región, estando las entradas procedentes de las

piernas y los pies más cerca de la parte superior, a continuación el torso, seguido de

brazos, manos, dedos, cara, lengua, faringe y finalmente las regiones intraabdominales

en la parte inferior. La cantidad de superficie adjudicada a cada parte del organismo es

proporcional al número de nervios sensitivos que contiene y no a su tamaño físico real.

Una representación gráfica de la disposición de estas áreas, denominada homúnculo

parece una figura humana grotesca, cabeza abajo, con grandes dedos, cara, labios y

lengua.

Justo delante del surco central esté e1 lóbulo frontal, donde se encuentran las

principales neuronas motoras que van a los distintos músculos del cuerpo. Las

neuronas motoras también están distribuidas en la superficie de la corteza de una

forma similar a las neuronas sensitivas. La situación de las distintas funciones motoras

también se puede representar con unhomúnculo igualmente boca abajo pero

proporcionado según el grado de control muscularofrecido por cada parte del

organismo.

La Figura 4 muestra el homúnculo sensor y e1 homúnculo motor, que representan la

distribución espacial en la superficie cortical de las funciones sensitivas y motoras. En

cada caso, en la figura se muestra sólo la mitad del cerebro seccionado

transversalmente por la región indicada.


19

Figura 4: Homúnculoshumanos sensitivo y motor.

La parte delantera del cerebro llamada a veces lóbulo prefrontal, contiene neuronas

para algunas funciones de control motor especiales, incluyendo el control de

movimiento de los ojos.

El lóbulo occipital está muy hacia atrás de la cabeza, sobre el cerebelo. El lóbulo

occipital contiene la corteza visual donde se proyectan en una representación

geográfica las formas obtenidas en la retina.

La entrada sensitiva auditiva se puede seguir hasta los lóbulo temporales de la corteza,

situados justo por encima de los oídos. Las neuronas que responden a las distintas

frecuencias de la entrada de sonido se encuentran dispersas por toda la región,

estando situadas las frecuencias más altas hacia la parte delantera y las más bajas

hacia la parte trasera.

El olfato y el gusto no tienen situaciones específicas sobre la corteza cerebral, aunque

en la percepción del olor interviene un bulbo cercano al centro del cerebro.


20

La corteza cerebral tiene muchas áreas que no son ni sensitivas ni motoras. En el

hombre, esto sucede en la mayor parte de la corteza. Muchos científicos creen que

estas áreas, denominadas áreas de asociación están involucradas en la integración o

asociación de las distintas entradas para producir las respuestas de salida apropiadas y

transmitirlas a las neuronas motoras para controlar el organismo.

6.1.2.3 Captación Del EEG.

La actividad bioeléctrica cerebral puede captarse por diversos procedimientos:

Sobre el cuero cabelludo.

En la base del cráneo.

En cerebro expuesto.

En localizaciones cerebrales profundas.

Para captar la señal se utilizan diferentes tipos de electrodos:

Electrodos superficiales: Se aplican sobre el cuero cabelludo.

Electrodos basales: Se aplican en la base del cráneo sin necesidad de

procedimiento quirúrgico.

Electrodos quirúrgicos: para su aplicación es precisa la cirugía y pueden ser

corticales o intracerebrales.

El registro de la actividad bioeléctrica cerebral recibe distintos nombres según la forma

de captación:

Electroencefalograma (EEG): cuando se utilizan electrodos de superficie o

basales.

Electrocorticograma (ECoG): si se utilizan electrodos quirúrgicos en la superficie

de la corteza.

Estéreo Electroencefalograma (E-EEG): cuando se utilizan electrodos

quirúrgicos de aplicación profunda.


21

6.1.3 Sistema internacional de posicionamiento de electrodos (Sistema 10-20)

Aunque hay varios sistemas diferentes (Illinois, Montreal, Aird, Cohn, Lennox, Merlis,

Oastaut, Schwab, Marshall, etc.), el sistema internacional “Diez-Veinte” es el más

utilizado en el momento actual. Para situar los electrodos según este sistema se

procede de la forma siguiente:

Se mide la distancia entre el nasion y el inion pasando por el vertex. El 10% de esta

distancia sobre el nasion señala el punto Fp (Frontal Polar). El 10% de esta distancia

sobre el inion señala el punto O (Occipital) (Figura 5).

Figura 5: A. Vista de perfil. B. Vista superior. Fp, punto frontal polar; O, punto occipital.

Entre los puntos FP y O se sitúan otros tres puntos espaciados a intervalos iguales

(entre cada dos el 20/o de la distancia nasion-inion). Estos tres puntos son, de delante

hacia atrás, el Fz (Frontal) el Cz (Central o Vertex) y el Pz (Parietal). No deben

confundirse Fz, Cz o Pz cuyos subíndices significan “cero” (“zero” en inglés) con la letra

“O” referente a los electrodos occipitales (Figura 6).


22

Figura 6: A. Vista perfil. B. Vista superior. Fz, punto frontal; cz, punto central; Pz, punto parietal.

Se mide la distancia entre los puntos preauriculares (situados por delante del pabellón

auditivo) pasando por el vertex (Cz). El 10% de esta distancia marca la posición de los

puntos temporales mediales, T3 (izquierdo) y T4 (derecho) (Figura 7).

Figura 7: Medición coronal lateral. A. Vista frontal. B. Vista superior. Situación de los electrodos T3 y T4.

Un 20% de la medida por encima de los puntos temporales medios se colocan los

electrodos C3 (izquierda) y C4 (derecha). El vertex es ahora el punto de intersección

entre la línea anteroposterior y la línea coronal lateral (Figura 8).


23

Figura 8: A. Vista de frente. B. Vista superior. Situación de los electrodos C3 y C4.

Los electrodos F3 y F4 (Izquierda y derecha, respectivamente) están situados de forma

equidistante entre el punto frontal medio (Fz) y la línea de electrodos temporales

(Figura 9).

Figura 9: A. Vista de perfil. B. Vista superior. Situación de los electrodos F3 y F4.

Los electrodos P3 y P4 (izquierda y derecha, respectivamente) equidistan entre el

punto P medio y la línea de los electrodos temporales (Figura 10).


24

Figura 10: A. Vista de perfil. B. Vista superior. Situación de los electrodos P3 y P4.

Se mide la distancia entre el punto medio Fp y el punto medio O a través de T3. El 10%

de esta distancia a través de Fp corresponde a los electrodos FP1 y FP2. El 10% de

esta distancia a través de O corresponde a los electrodos O1 y O2. El electrodo F7 (y el

F8) se sitúa equidistante entre los puntos FP1 (ó FP2) y T3 (ó T4).El electrodo T5 (y el

T6) se sitúa en la línea media entre T3 (ó T4) y O1 (ó O2) (fig. 11).

Figura 11: A. Vista de perfil. B. Vista superior. Situación de los electrodos F7, F8, T5, T6, FP1, P2, O1 y O2.

A un 10% de los temporales T3 y T4 se sitúan los electrodos auriculares Al y A2

respectivamente (Figura 12).


25

Figura 12: A. Vista de perfil. B. Vista superior. Situación de los electrodos A1 y A2.

Como regla general, los electrodos del lado izquierdo llevan numeración impar mientras

que los del lado derecho la llevan par. Además, como ya se dijo, los electrodos de la

línea media reciben el subíndice “z” (por “zero”, cero en inglés).

La versión europea del sistema presenta ligeras variaciones (figura13): Los electrodos

temporales mediales, llamados T3 y T4 se representan como Tm (temporal medial).

Paralelamente, los electrodos F7 y F8, T5 y T6 son denominados como temporales

anteriores Ta (F7 y F8) y temporales posteriores Tp (T5 y T6). Es decir que la versión

europea considera los frontales superiores F7 y F8 como temporales anteriores,

habiendo así una pequeña diferencia de posición. Los electrodos F3 y F4 son

representados como Fs (frontales superiores) y los P3 y P4 como P (parietales).

Finalmente los centrales C3 y C4 son representados como CI y CD.

Además la versión europea (Figura 13) considera dos electrodos más, los mastoideos,

colocados junto a las apófisis mastoideas (M).


26

Figura 13: Sistema de colocación de electrodos según versión europea. A. Vista de perfil. B. Vista superior.

6.1.4 Ondas Cerebrales

Una onda cerebral es la actividad eléctrica producida por el cerebro (Figura 14) la cual

es detectada mediante un electroencefalograma, estas armonizan su ritmo con las de

nuestro propio cerebro, según han mostrado estudios con electroencefalograma. Ello

permite producir a voluntad los estados mentales característicos de las diversas ondas

cerebrales.

El científico alemán Hans Bergern, en la década de 1920 descubrió las ondas

cerebrales y su relación con diferentes estados de consciencia. Gracias a su trabajo

pionero, ahora sabemos que el cerebro emite tenues impulsos eléctricos que pueden

ser medidos en microvolts mediante un EEG.

Hay cuatro ondas cerebrales principales, medidas según la frecuencia o velocidad del

impulso y la amplitud o el voltaje del impulso.

6.1.4.1 Ondas Beta

Originan un campo electromagnético con una frecuencia comprendida entre 13 y 28 Hz

(vibraciones por segundo). Se registran cuando la persona se encuentra despierta y en

plena actividad mental. Los sentidos se hallan volcados hacia el exterior, de manera

que la irritación, inquietud y temores repentinos pueden acompañar este estado.


27

6.1.4.2 Ondas Alfa

Tienen una frecuencia de 7.5 –13 Hz y están asociadas con estados de relajación. Se

registran especialmente momentos antes de dormirse. Sus efectos característicos son:

relajación agradable, pensamientos tranquilos y despreocupados, optimismo y un

sentimiento de integración de cuerpo y mente.

6.1.4.3 Ondas Theta

Con una frecuencia de 3.5-7.5Hz, se producen durante el sueño (o en meditación

profunda, entrenamiento autógeno, yoga...), mientras actúan las formaciones del

subconsciente. Las características de este estado son: memoria plástica, mayor

capacidad de aprendizaje, fantasía, imaginación e inspiración creativa.

6.1.4.4 Ondas Delta

Con una frecuencia de 0.2-3.5 Hz, surgen principalmente en el sueño profundo y muy

raras veces se pueden experimentar estando despierto, sus estados psíquicos son el

dormir sin sueños, el trance y la hipnosis profunda. Las ondeas delta resultan de gran

importancia en los procesos curativos y en el fortalecimiento del sistema inmunitario.

Figura 14: Red Neuronal Emitiendo Señales Eléctricas


28

7. Procedimiento y Descripción de las Actividades

7.1 Proceso de Desarrollo

Para el desarrollo de nuestro proyecto se decidió utilizar un modelo incremental (Figura

15). Tomando en cuenta que el modelo incremental nos marca una estrategia para

controlar la complejidad y los riesgos del desarrollo, de tal manera que reservamos el

resto de los aspectos para el futuro4. Ya que mi proyecto implica que distintos módulos

interaccionen entre si entonces este es el modelo perfecto.

Una breve explicación de lo que es el modelo incremental podría ser la siguiente5:

Combina elementos del modelo lineal con la filosofía de creación de prototipos

El primer incremento a menudo es un núcleo o producto esencial

A partir de la evaluación se planea el siguiente incremento y así sucesivamente

Es interactivo por naturaleza

Es útil cuando el personal no es suficiente para la implementación completa.


29

Además el modelo incremental representa una serie de ventajas ya que es apropiado

para proyectos de larga duración y donde los componentes necesitan ser probados y

aprobados antes de ser utilizados.

En el caso de mi proyecto está basado plenamente en arquitecturas de hardware, por

lo que era imposible proceder con todo el proyecto de un solo golpe, por lo que generar

pequeñas “cascadas” para cada módulo (requisitos, análisis, etc.) fue necesario en

orden de conseguir terminar los módulos de manera correcta.

Figura 15: Ciclo de Vida Modelo Incremental

7.2 Requerimientos

7.2.1 Hardware de cómputo

Computadora con procesador Intel dual core 2.0Ghz o mejor.

2GB Memoria RAM (4GB recomendado).

NVIDIA GeForceGp 7200 o mejor.

7.2.2 Hardware para el hack

1 x Mind Flex

3 pilas AAA para el receptor de cabeza

1 x Arduino (cualquier variedad), con el cable USB

2 x 12 "longitudes de cable para conexión de núcleo sólido (alrededor de # 22 o #

calibre 24 es el mejor).

Un PC o Mac para controlar los datos en serie


30

7.2.3 Equipo de cómputo

Como se puede apreciar en cuanto al equipo de cómputo no existen requerimientos

muy exigentes, esto se debe a que el proyecto trabaja con datos simulados o

pregrabados, permitiendo de esta manera que toda la interacción entre las aplicaciones

sea local.

7.2.4 Software

Windows XP, Vista o 7 (32 o 64 bits).

LabVIEW 2012.

Arduino Brain Library

NI LabVIEW Interface for Arduino Toolkit

7.3 HACKEAR JUGUETE EGG

7.3.1 Las opciones

Una lista no exhaustiva de las opciones de nivel de consumidor para la construcción de

una interfaz cerebro-ordenador como se ve en la figura 16:

Figura 16. Opciones de nivel de consumidor

Abra EEG ofrece una gran cantidad de esquemas de hardware, notas, y el software

libre para la construcción de su propio sistema de EEG.

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=/search%3Fq%3Dmind%2Bflex%2Bhack%2Begg%26biw%3D1280%26bih%3D963&rurl=translate.google.com.mx&sl=en&u=http://openeeg.sourceforge.net/doc/&usg=ALkJrhg_0a377kfydgJa2q8Qac7VpMjcPg


31

La mentalidad Nerosky es un acuerdo razonable, así - es inalámbrico, compatible, y

juega muy bien con las herramientas de desarrollo libre de la compañía.

Para nuestros propósitos, sin embargo, era todavía un poco caro. Desde NeuroSky

suministra el chip EEG y hardware para el Entrenador Fuerza y Mente juguetes Flex,

estas opciones representan una forma más barata (aunque menos conveniente) para

obtener los mismos datos. El modo de pensar, a diferencia de los juguetes, también le

da acceso a los datos de onda primas.

Teniendo en cuenta todo esto, creo que el Mind Flex representa un punto dulce en la

curva de rendimiento / precio. Le da casi todos los datos de la mentalidad por menos

de la mitad del costo.

La Mind Flex se supone que es un juguete de recuadro negro, no una plataforma de

desarrollo con apoyo oficial - por lo que para acceder a los datos de los sensores

actuales para su uso en otros contextos, se tendrá que hacer algunas modificaciones

de hardware y escribir algún software para facilitar las cosas.

7.3.2 El Hardware

Aquí está el diseño básico del hardware Mind Flex. La mayoría de la acción está en

la cinta, que tiene el hardware EEG. Un micro controlador en la banda de cabeza

analiza los datos del chip de EEG y envía las actualizaciones de forma inalámbrica

a una estación base, donde un ventilador hace levitar la pelota y varios LED se

iluminan para representar su nivel de atención actual (Figura17).


32

Figura 17. Diseño básico del hardware Mind Flex

Este esquema sugiere inmediatamente varios métodos para la extracción de datos. La

estrategia más común que se ha visto es el uso de los indicadores LED de la estación

base para tener una idea aproximada del nivel de atención actual. Esto es bueno y

sencillo, pero siete niveles de atención sólo nos proporcionan el nivel de detalle que se

está buscando.

Se tomó un enfoque de alto nivel por el acaparamiento de datos en serie directamente

desde el chip EEG NeuroSky y cortar el resto de los equipos del juego fuera del circuito

(figura 18):

Figura 18. Esquema de datos en serie.

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=/search%3Fq%3Dmind%2Bflex%2Bhack%2Begg%26biw%3D1280%26bih%3D963&rurl=translate.google.com.mx&sl=en&u=http://www.harcoslabs.com/mostpainful.html&usg=ALkJrhjIWtNQj67UbAMwzET0bzy-I3cLhw




33

7.3.3 El Hack

Paso a paso:

7.3.3.1 Desmontaje.

Toma un destornillador y abrir una grieta en la vaina izquierda de la Mente Flex

auricular (figura 19). (La vaina derecha sostiene las baterías.)

Figura 19. Desmontaje

7.3.3.2 El Pin T.

La Junta NeuroSky es la pequeña tarjeta secundaria hacia la parte inferior del auricular.

Si se mira de cerca, debe ver convenientemente etiquetada T y los pines de I - estas

son las clavijas del tablero EEG utiliza para comunicarse en serie con el

microcontrolador en la placa principal, y son los pines que se utilizará para espiar los

datos del cerebro. De soldadura una longitud de alambre (con cuidado) a la clavija de

"T. Tenga cuidado de no cortocircuitar los pines adyacentes (figura 20).

Figura 20. El Pin T


34

7.3.3.3 El terreno común.

Arduino querrá compartir suelo con el circuito Flex Mind. Solda otra longitud de cable a

tierra (figura. 21) - cualquier punto de tierra va a hacer, pero el uso de la gran

plataforma de la soldadura en la conexión a tierra de la batería llega a la placa facilita el

trabajo. Se ha encontrado la Mente Flex ser excesivamente sensibles al poder de

nuestra esperanza inicial era alimentar la placa NeuroSky de alimentación 3.3v del

Arduino, pero esto resultó poco fiable. Por ahora se está pegando con la configuración

de fábrica y encender el Arduino y Mente doblan de forma independiente.

Figura 21. Soldado a tierra

7.3.3.4 Colar alivio y ruta del cableado

Se utilizó una gota de pegamento caliente para actuar como alivio de tensión para los

cables nuevos, y se perforó un agujero en el caso de los dos cables (figura 22).

Figura 22. Sacar cables


35

7.3.3.5 Conecte el Arduino.

El cable de la clavija "T" la mente de Flex entra en pin RX del Arduino. La planta va

ground. Es posible que desee fijar el Arduino a un lado de los Flex mente como una

cuestión de conveniencia (figura23).

Figura 23. Conexión a arduino

Esa es la medida del hack de hardware. Ahora en el software. Los datos de la

NeuroSky no está en un formato particularmente agradable. Es una corriente de bytes

sin formato que deberá ser analizado antes de que te tienen ningún sentido. El destino

está de nuestro lado: los paquetes procedentes de la Mente Flex coinciden con la

estructura de la documentación oficial de MindsetNeuroSky.

Esencialmente, la biblioteca tiene los datos de byte primas del chip NeuroSky, y lo

convierte en una buena cadena ASCII de valores separados por comas.

7.3.3.6 Carga el Arduino.

Descarga e instala la Biblioteca brainArduino. Abra el ejemplo BrainSerialOut y subirlo

a su tablero. (. Puede que tenga que desconectar el pin RX durante la carga) El código

de ejemplo se muestra en la figura 24:


36

Figura 24. Código de la librería Brain

7.3.3.7 Prueba.

Encienda el Mind Flex, asegúrese de que el Arduino se conecta a su computadora, y

luego abrir el Serial Monitor (figura 25).

Figura 25. Monitor Serial.

He aquí cómo la CSV se rompe: "La fuerza de la señal, la atención, la meditación,

delta, theta, alfa baja, alta alfa, beta baja, alta beta, gamma de baja y de alta gamma"

Si coloca la diadema sobre su cabeza, usted debe ver la "señal de fortaleza" drop valor

a 0 (confusamente, esto significa que la conexión es buena), y el resto de los números

comienzan a fluctuar.

Informe final residencia v1 aun no esta bien

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