Nuevos paradigmas para el estudio de artefactos y mecanismos cognitivos relacionados con la marcha a partir de señales eeg

Resumen

En este trabajo se pretende evaluar los mecanismos cognitivos que experimenta el ser humano durante el proceso de la marcha partir de las señales electroencefalográficas (EEG). Uno de los principales objetivos es el desarrollo de interfaces cerebro-máquina que permitan determinar el estado cognitivo de un usuario de forma que se pueda utilizar dicha información con fines de asistencia y rehabilitación. El registro de señales corticales durante la marcha es un campo poco explorado en la actualidad y dado que estas señales tienen una relación señal a ruido muy pobre, es necesario realizar una evaluación y validación de las mismas durante la marcha humana. Para ello, esta Tesis Doctoral comienza realizando una evaluación de artefactos corticales producidos principalmente por presiones mandibulares que, en última instancia, permiten el desarrollo de dos sistemas de control bidimensional basados en los mismos: uno donde se controla un cursor por pantalla y otro donde se controla un brazo robótico. Ambos demuestran una gran eficiencia en el alcance de objetivos pudiendo ser de gran ayuda como sistemas de asistencia para personas con movilidad reducida. Con los conocimientos sobre artefactos adquiridos con el trabajo anterior se realizan mediciones EEG durante la marcha humana y se comparan con mediciones realizadas durante experimentos en reposo. De esta comparación se descubren dos fuentes de ruido que afectan a las señales corticales relacionadas con fallos de conductividad entre el cuero cabelludo y los electrodos utilizados para realizar las mediciones. Su evaluación permite el desarrollo de protocolos de experimentación que reduzcan la influencia de artefactos durante pruebas en movimiento. Estos protocolos son utilizados posteriormente para realizar dos experimentaciones en las que se evalúan diferentes mecanismos cognitivos. En el primero de estos estudios se evalúa la reacción cortical ante la aparición de un obstáculo inesperado durante la marcha humana. De este estudio se descubre la aparición de un potencial de reacción ante el obstáculo y de anticipación al consecuente evento motriz. Tras la caracterización de este potencial se desarrolla un estudio de clasificación del mismo. En el segundo estudio se evalúa el nivel de atención que una persona presta a la marcha humana. Se realiza un barrido frecuencial de las señales registradas para discernir a qué frecuencia se produce el fenómeno buscado. Los resultados muestran una desincronización en la banda gamma (30-90 Hz) relacionada con mecanismos de atención selectiva. Las clasificaciones realizadas proporcionan resultados muy prometedores de cara a la implementación de sistemas en tiempo real. En el futuro se pretende diseñar sistemas que permitan obtener estos parámetros en tiempo real para utilizarlos como realimentación en terapias de rehabilitación de miembro inferior. Estudios recientes sugieren que este tipo de trabajos incrementa el grado de involucración de los pacientes en sus terapias, potenciando la plasticidad cerebral y, en última instancia, los resultados de la rehabilitación.