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Informe final residencia v1 aun no esta bien

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    Informe final residencia  v1 aun no esta bien Informe final residencia v1 aun no esta bien Document Transcript

    • Subdirección Académica - Departamento de Sistemas y ComputaciónIngeniería en Sistemas ComputacionalesEnero – Junio 2012Reporte Final de Residencia ProfesionalPROYECTOAnálisis de Ondas CerebralesEMPRESA O INSTITUCIÓNInstituto Tecnológico de TijuanaNOMBRE DEL RESIDENTELópez Galindo AlfredoNO. DE CONTROL09210204NOMBRE DEL ASESOR INTERNO NOMBRE DEL ASESOR EXTERNODr. Miguel Ángel López Ramírez Dr. Arnulfo Alanís GarzaTijuana, Baja California a Junio del 2013
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW1Tabla de Contenido1. Introducción................................................................................................................. 62. Datos Generales ......................................................................................................... 73. Justificación................................................................................................................. 84. Objetivos ..................................................................................................................... 94.1 Objetivo General.................................................................................................... 94.2 Objetivo Especifico ................................................................................................ 94.3 Propósitos.............................................................................................................. 95. Alcances y limitaciones ............................................................................................. 105.1 Alcances .............................................................................................................. 105.2 Limitaciones......................................................................................................... 106. Fundamento Teórico ................................................................................................. 116.1 Conceptos fundamentales ................................................................................... 116.1.1 Señal Biomédica............................................................................................ 116.1.1.1 Señales de Bioimpedancia ...................................................................... 126.1.1.2 Señales Bioacústicas .............................................................................. 126.1.1.3 Señales Biomagnéticas ........................................................................... 126.1.1.4 Señales Biomecánicas ............................................................................ 126.1.1.5 Señales Bioquímicas............................................................................... 136.1.1.6 Señales Bioópticas.................................................................................. 136.1.1.7 Señales Bioeléctricas .............................................................................. 136.1.2 Electroencefalograma (EEG)......................................................................... 136.1.2.1 Historia del EEG...................................................................................... 136.1.2.2 Estudio Y Anatomía Del Encéfalo............................................................ 156.1.2.3 Captación Del EEG. ................................................................................ 206.1.3 Sistema internacional de posicionamiento de electrodos (Sistema 10-20).... 216.1.4 Ondas Cerebrales.......................................................................................... 266.1.4.1 Ondas Beta ............................................................................................. 266.1.4.2 Ondas Alfa............................................................................................... 276.1.4.3 Ondas Theta............................................................................................ 276.1.4.4 Ondas Delta ............................................................................................ 27
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW27. Procedimiento y Descripción de las Actividades ....................................................... 287.1 Proceso de Desarrollo ......................................................................................... 287.2 Requerimientos.................................................................................................... 297.2.1 Hardware ....................................................................................................... 297.2.2 Software......................................................................................................... 297.3 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.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW3Tabla de FigurasFigura 1: Vista lateral izquierda del encéfalo y tronco del encéfalo.................................................15Figura 2: Vista lateral de la sección media del encéfalo y tronco del encéfalo..............................16Figura 3: La corteza cerebral. ................................................................................................................17Figura 4: Homúnculos humanos sensitivo y motor.............................................................................19Figura 5: Fp, punto frontal polar; O, punto occipital. ..........................................................................21Figura 6: Fz, punto frontal; cz, punto central; Pz, punto parietal......................................................22Figura 7: Medición coronal lateral. Situación de los electrodos T3 y T4.........................................22Figura 8: Situación de los electrodos C3 y C4. ...................................................................................23Figura 9: Situación de los electrodos F3 y F4. ....................................................................................23Figura 10: Situación de los electrodos P3 y P4...................................................................................24Figura 11: Situación de los electrodos F7, F8, T5, T6, FP1, P2, O1 y O2......................................24Figura 12: Situación de los electrodos A1 y A2...................................................................................25Figura 13: Sistema de colocación de electrodos según versión europea.......................................26Figura 14: Red Neuronal Emitiendo Señales Eléctricas....................................................................27Figura 15: Ciclo de Vida Modelo Incremental......................................................................................29Figura 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.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW4Figura 41: Diagrama de Bloques Reconocimiento de Actividad (Face Expressions)............. Error!Bookmark not defined.Figura 42: Diagrama de Bloques, Reconocimiento de Actividad (10-20 Parte 1). Error! Bookmarknot defined.Figura 43: Diagrama de Bloques, Reconocimiento de Actividad (10-20 Parte 2). Error! Bookmarknot defined.Figura 44: Diagrama de Bloques, Reconocimiento de Actividad (10-20 Parte 3). Error! Bookmarknot defined.Figura 45: Selector y Contenido Case Structure (None Case). ...................................................55Figura 46: Contenido Case Structure (Blink Case). ...... Error! Bookmark not defined.Figura 47: Contenido Case Structure (Look Right Case). .............................................................55Figura 48: Contenido Case Structure (Look Left Case). ................ Error! Bookmark not defined.Figura 49: Contenido Case Structure (Smile Case). ......................................................................55Figura 50: Contenido Case Structure (Laugh Case). ......................... Error! Bookmark not defined.Figura 51: Contenido Case Structure (Smirk Right). ......................................................................56Figura 52: Contenido Case Structure (Smirk Left). ......................... Error! Bookmark not defined.Figura 53: Contenido Case Structure (Clench Case). ....................................................................56Figura 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 notdefined.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.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW5Figura 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.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW61. IntroducciónEn este informe se presenta el proyecto realizado en el Instituto Tecnológico deTijuana (ITT) para el departamento de sistemas y computación que sirve para acreditarel módulo de residencia profesional para la carrera de Ingeniería en sistemascomputacionales.El proyecto consiste en análisis de las ondas cerebrales por medio deelectrodos conectados a un sistema embebido el cual será conectado a un programapara presentar la información de forma gráfica.El dispositivo que cuenta con los sensores será conectado a una tarjeta arduinode ahí por medio de un cable USB al programa Labview con la finalidad de graficar lasdiferentes ondas que emite el cerebro y posteriormente darle una aplicación futura.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW72. Datos GeneralesNombre:Instituto Tecnológico de TijuanaDomicilio:Calzada Tecnológico S/N Frac. Tomás Aquino, C.P. 22414, Tijuana,Baja California.Actividad principal de la empresa:Educación SuperiorNombre del asesor de la empresa:Dr. Miguel Ángel López RamírezBreve descripción de la actividad de la empresa:El Instituto Tecnológico de Tijuana, es una Institución Superior Pública, parte delSistema Nacional de Educación Superior Tecnológica con presencia en todo el país.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW83. JustificaciónLa realización del sistema presentaría una gran ventaja para conocer elcomportamiento de las ondas cerebrales en los humanos a la hora de realizar unatarea en específico.El beneficio de este proyecto es que al conseguir analizar las ondas y saber sufuncionamiento se podrá realizar una aplicación que al recibir una determinada ondarealice una función, esto es muy importante en el área de la inteligencia artificial ya quese podría implementar en una amplia gama de dispositivos.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW94. Objetivos4.1 Objetivo General Realizar un programa que muestra gráficamente el análisis de las ondasemitidas 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 PropósitosQue la aplicación pueda servir como base para proyectos futuros enfocados al tema deinterpretación de emociones, actividad cerebral, EEG, etc.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW105. Alcances y limitaciones5.1 AlcancesLa aplicación podrá ser accesible a cualquiera que pertenezca al departamento desistemas y computación, cubrirá la necesidad básica de tener una aplicación que arrojedatos similares a los que se muestran en un EEG y además se encuentra abierto paraadaptar cambios o mejoras que los usuarios del momento requieran para satisfacer suspropósitos específicos.5.2 LimitacionesLas señales que se generen serán sintéticas (virtuales) por lo que para el desarrollo deesta aplicación no se podrán tomar en cuenta al máximo todas las variaciones quepuedan surgir en la lectura real de las señales eléctricas (cambios de voltaje,frecuencia, etc.).
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW116. Fundamento Teórico6.1 Conceptos fundamentalesPara lograr comprender mejor este proyecto, es necesario saber o estar familiarizadoscon conceptos usados de manera frecuente en este tema, tal como puede ser EEG,Sistema 10-20, ondas cerebrales, etc.6.1.1 Señal BiomédicaUna señal biomédica incluye todas la señales usadas en el diagnostico o investigaciónmédica que se originan de alguna manera en el cuerpo, este campo ha sido impulsadoprincipalmente en las últimas dos décadas gracias al desarrollo en el procesamiento deseñales.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW12Cuando el propósito de la señal es el procesamiento, no es muy relevante cual es lafuente de la señal o qué tipo de señal biomédica es, lo que es primordial es el tipo de laseñal, 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 siguienteclasificación.6.1.1.1 Señales de BioimpedanciaLa impedancia eléctrica de los tejidos contiene información importante sobre lacomposición, volumen y distribución sanguínea, información sobre el sistema nerviosoy mas, las mediciones de bioimpedancia se realizan generalmente con dos tipos deelectrodos, unos que inyectan corrientes eléctricas en el tejido y otros electrodos quese ubican sobre el tejido a estudiar y miden la caída de tensión generada por lacorriente y la impedancia del tejido.6.1.1.2 Señales BioacústicasFenómenos acústicos producidos por funciones normales del cuerpo, desde el fluir dela sangre, el latir del corazón, incluso movimiento de los músculos generan sonidos queayudan al diagnostico medico de una situación en particular, la señal bioacústica sepuede adquirir desde la superficie utilizando transductores acústicos.6.1.1.3 Señales BiomagnéticasVarios órganos como el cerebro, el corazón y los pulmones, producen camposmagnéticos en extremo débiles, la medición de estos campos brinda información queningún otra bioseñal provee.6.1.1.4 Señales BiomecánicasIncluyen señales generadas por procesos mecánicos del cuerpo como locomoción, ydesplazamiento, flujo presión, estas señales por ser de carácter mecánico no sepropagan tan fácilmente por el cuerpo, en consecuencia la medición se hace sobre elsitio donde se origina y requiere una gran variedad de transductores.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW136.1.1.5 Señales BioquímicasGeneralmente son el resultado de mediciones químicas de tejidos vivos o muestrasanalizadas en laboratorio.6.1.1.6 Señales BioópticasSon resultado de reacciones ópticas que ocurren naturalmente o son inducidas para sumedición, como ejemplo se puede obtener información importante de un feto a partir dela fluorescencia del líquido amniótico.6.1.1.7 Señales BioeléctricasLas señales bioeléctricas son propias de sistemas biológicos, su fuente es el potencialtransmembrana que ante ciertas condiciones genera una diferencia de potencial, que sise lo mide a nivel de células aisladas con micro electrodos puede ser en si la señalbiomédica.6.1.2 Electroencefalograma (EEG)La Electroencefalografía es el registro y evaluación de los potenciales eléctricosgenerados por el cerebro y obtenidos por medio de electrodos situados sobre lasuperficie del cuero cabelludo9.El electroencefalograma (EEG) es el registro de la actividad eléctrica de las neuronasdel encéfalo. Dicho registro posee formas muy complejas que varían mucho con lalocalización de los electrodos y entre individuos. Esto es debido al gran número deinterconexiones que presentan las neuronas y por la estructura no uniforme delencéfalo.6.1.2.1 Historia del EEGFue una guerra lo que brindó la oportunidad de explorar el cerebro humano por vezprimera. En 1870, Fritsch y Hitzig, médicos militares del ejército prusiano, observaron
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW14que al estimular, mediante corriente galvánica, determinadas áreas laterales decerebros descubiertos (de algunas de las bajas de la batalla de Sedán) se producíanmovimientos en el lado opuesto del cuerpo. Cinco años más tarde R. Caton confirmóque el cerebro es capaz de producir corrientes eléctricas. Ferrier, siguiendo en lamisma 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 animalesposeía propiedades eléctricas comparables a las encontradas en el nervio y en elmúsculo. En 1913, Prawdwicz-Neminski registró lo que llamó “electrocerebrograma” deun perro, siendo el primero en intentar clasificar semejantes observaciones. Hay quepuntualizar, sin embargo, que todos los experimentos se hacían sobre cerebrosdescubiertos. Al ser los cambios eléctricos muy pequeños y sin procedimientos deamplificación, era imposible registrar los impulsos que alcanzaran el exterior del cráneoaún de haberse sospechado su existencia.Fue en 1928 cuando Hans Berger ideó un método que prometía una investigación de laactividad eléctrica cerebral, descubriendo lo que se conoció como “ritmo de Berger”.Sin embargo debido a su falta de conocimientos técnicos, no fue hasta algunos añosdespués cuando se reconoció su importancia. Mientras tanto, las posibilidades de laelectroencefalografía clínica se discutían, por primera vez, en una reunión en elLaboratorio central de Patología del Hospital Maudsley de Londres, en 1929. A pesarde que el grupo de investigadores intentara obtener registros del “ritmo de Berger”usando amplificadores y un galvanómetro vetusto, sin embargo no se tomaba en serioel estudio del cerebro ni los descubrimientos de Berger. Fue en 1934 cuando a raíz deuna demostración pública ante un auditorio británico en una reunión de la Sociedad deFisiología, en Cambridge, Adrian y Matthews verificaron por primera vez el “Ritmo deBerger”. Berger, utilizando las mejoras introducidas por Adrian, siguió avanzando hastadonde le permitía su técnica defectuosa, observando por ejemplo que cuando el sujetoabría los ojos o resolvía algún problema mentalmente se alteraba el ritmo amplio yregular. Esto fue verificado posteriormente por Adrian y Matthews quien al tenermejores conocimientos científicos y mejores técnicas avanzó incluso mucho más,demostrando que el ritmo regular y amplio de diez ciclos por segundo surgía de las
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW15áreas visuales de asociación y no de todo el cerebro. Años más tarde se apreció laimportancia de tal descubrimiento. Posteriormente la electropatología del cerebro crecióen importancia, confirmándose las predicciones de Golla sobre las alteraciones de lasoscilaciones rítmicas en las enfermedades. Se avanzó mucho en este campo,comenzando a interesar, entre los investigadores del EEG, el estudio de la epilepsia yotras enfermedades mentales, poniéndose de relieve la complejidad del tema y laimposibilidad de aislamiento de funciones simples, siendo necesario estudiar al cerebrocomo un órgano total. A partir de estos comienzos con el paso de los años y medianteevaluaciones sucesivas, se han llegado a conocer otros aspectos del EEG tal como loconocemos 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 nerviosocentral (SNC), que continúa en la médula espinal, contenida en la columna vertebral, yen los nervios sensitivos y motores que llevan, respectivamente, información sensorialal encéfalo y el control de la musculatura del esqueleto.El encéfalo se divide en las siguientes partes: tallo cerebral, cerebelo y cerebro (Figura1).Figura 1: Vista lateral izquierda del encéfalo y tronco del encéfalo
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW16El tallo cerebral es la parte evolutivamente más antigua del encéfalo; conecta entre sí elcórtex cerebral, la médula espinal y el cerebelo; controla asimismo los ritmos cardíaco yrespiratorio, y es el centro de diversos reflejos motores.El cerebelo es el coordinador de los movimientos voluntarios, además de mantener elequilibrio. Además realiza una función de “filtro paso bajo” para alisar lo que de otromodo serían movimientos musculares “espasmódicos”.Figura 2:Vista lateral de la sección media del encéfalo y tronco del encéfalo
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW17El cerebro es la parte más evolucionada del encéfalo (Figura 2) y en él estánlocalizadas las funciones conscientes del sistema nervioso. Posee dos partes llamadashemisferios que se relacionan con las partes opuestas del cuerpo. La superficie externadel hemisferio se conoce por córtex y en ella se recibe la información sensorial. Lascapas más profundas están formadas por axones y núcleos de células.La subdivisión más importante del encéfalo es la corteza cerebral que contiene unos 9de los 12 billones de neuronas que hay en el cerebro humano. La corteza es enrealidad una capa más bien fina de neuronas situada en la periferia del cerebro quecontiene muchas fisuras o pliegues entrantes para dar una mayor área superficial.Algunas de las fisuras más profundas, llamadas también surcos se utilizan como límitespara dividir la corteza en ciertos lóbulos. En la Figura 3 se muestran varias de las másprominentes, junto con la situación de los lóbulos más importantes.Figura 3: La corteza cerebral.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW18Todas las entradas sensoriales alcanzan con el tiempo la corteza cerebral dondeciertas regiones parecen estar relacionadas específicamente, con ciertas modalidadesde información sensitiva. Otras regiones de la corteza parecen estar relacionadasespecíficamente con las funciones motoras. Por ejemplo, todas las entradassensoriales somáticas (calor, frío, presión, tacto, etc.) llegan a una región de lasuperficie cortical justo por detrás de surco central, abarcando la parte delantera dellóbulo parietal. Las entradas sensoriales somáticas de cada punto del organismo11evan a una parte específica de esta región, estando las entradas procedentes de laspiernas y los pies más cerca de la parte superior, a continuación el torso, seguido debrazos, manos, dedos, cara, lengua, faringe y finalmente las regiones intraabdominalesen la parte inferior. La cantidad de superficie adjudicada a cada parte del organismo esproporcional al número de nervios sensitivos que contiene y no a su tamaño físico real.Una representación gráfica de la disposición de estas áreas, denominada homúnculoparece una figura humana grotesca, cabeza abajo, con grandes dedos, cara, labios ylengua.Justo delante del surco central esté e1 lóbulo frontal, donde se encuentran lasprincipales neuronas motoras que van a los distintos músculos del cuerpo. Lasneuronas motoras también están distribuidas en la superficie de la corteza de unaforma similar a las neuronas sensitivas. La situación de las distintas funciones motorastambién se puede representar con unhomúnculo igualmente boca abajo peroproporcionado según el grado de control muscularofrecido por cada parte delorganismo.La Figura 4 muestra el homúnculo sensor y e1 homúnculo motor, que representan ladistribución espacial en la superficie cortical de las funciones sensitivas y motoras. Encada caso, en la figura se muestra sólo la mitad del cerebro seccionadotransversalmente por la región indicada.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW19Figura 4: Homúnculoshumanos sensitivo y motor.La parte delantera del cerebro llamada a veces lóbulo prefrontal, contiene neuronaspara algunas funciones de control motor especiales, incluyendo el control demovimiento de los ojos.El lóbulo occipital está muy hacia atrás de la cabeza, sobre el cerebelo. El lóbulooccipital contiene la corteza visual donde se proyectan en una representacióngeográfica 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 distintasfrecuencias 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 bajashacia la parte trasera.El olfato y el gusto no tienen situaciones específicas sobre la corteza cerebral, aunqueen la percepción del olor interviene un bulbo cercano al centro del cerebro.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW20La corteza cerebral tiene muchas áreas que no son ni sensitivas ni motoras. En elhombre, esto sucede en la mayor parte de la corteza. Muchos científicos creen queestas áreas, denominadas áreas de asociación están involucradas en la integración oasociación de las distintas entradas para producir las respuestas de salida apropiadas ytransmitirlas 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 deprocedimiento quirúrgico.Electrodos quirúrgicos: para su aplicación es precisa la cirugía y pueden sercorticales o intracerebrales.El registro de la actividad bioeléctrica cerebral recibe distintos nombres según la formade captación:Electroencefalograma (EEG): cuando se utilizan electrodos de superficie obasales.Electrocorticograma (ECoG): si se utilizan electrodos quirúrgicos en la superficiede la corteza.Estéreo Electroencefalograma (E-EEG): cuando se utilizan electrodosquirúrgicos de aplicación profunda.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW216.1.3 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 másutilizado en el momento actual. Para situar los electrodos según este sistema seprocede de la forma siguiente:Se mide la distancia entre el nasion y el inion pasando por el vertex. El 10% de estadistancia sobre el nasion señala el punto Fp (Frontal Polar). El 10% de esta distanciasobre 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 delantehacia atrás, el Fz (Frontal) el Cz (Central o Vertex) y el Pz (Parietal). No debenconfundirse Fz, Cz o Pz cuyos subíndices significan “cero” (“zero” en inglés) con la letra“O” referente a los electrodos occipitales (Figura 6).
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW22Figura 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 pabellónauditivo) pasando por el vertex (Cz). El 10% de esta distancia marca la posición de lospuntos 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 loselectrodos C3 (izquierda) y C4 (derecha). El vertex es ahora el punto de intersecciónentre la línea anteroposterior y la línea coronal lateral (Figura 8).
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW23Figura 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 formaequidistante 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 elpunto P medio y la línea de los electrodos temporales (Figura 10).
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW24Figura 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% deesta distancia a través de O corresponde a los electrodos O1 y O2. El electrodo F7 (y elF8) se sitúa equidistante entre los puntos FP1 (ó FP2) y T3 (ó T4).El electrodo T5 (y elT6) 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 A2respectivamente (Figura 12).
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW25Figura 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 mientrasque los del lado derecho la llevan par. Además, como ya se dijo, los electrodos de lalínea media reciben el subíndice “z” (por “zero”, cero en inglés).La versión europea del sistema presenta ligeras variaciones (figura13): Los electrodostemporales mediales, llamados T3 y T4 se representan como Tm (temporal medial).Paralelamente, los electrodos F7 y F8, T5 y T6 son denominados como temporalesanteriores Ta (F7 y F8) y temporales posteriores Tp (T5 y T6). Es decir que la versióneuropea considera los frontales superiores F7 y F8 como temporales anteriores,habiendo así una pequeña diferencia de posición. Los electrodos F3 y F4 sonrepresentados 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).
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW26Figura 13: Sistema de colocación de electrodos según versión europea. A. Vista de perfil. B. Vista superior.6.1.4 Ondas CerebralesUna onda cerebral es la actividad eléctrica producida por el cerebro (Figura 14) la cuales detectada mediante un electroencefalograma, estas armonizan su ritmo con las denuestro propio cerebro, según han mostrado estudios con electroencefalograma. Ellopermite producir a voluntad los estados mentales característicos de las diversas ondascerebrales.El científico alemán Hans Bergern, en la década de 1920 descubrió las ondascerebrales y su relación con diferentes estados de consciencia. Gracias a su trabajopionero, ahora sabemos que el cerebro emite tenues impulsos eléctricos que puedenser medidos en microvolts mediante un EEG.Hay cuatro ondas cerebrales principales, medidas según la frecuencia o velocidad delimpulso y la amplitud o el voltaje del impulso.6.1.4.1 Ondas BetaOriginan un campo electromagnético con una frecuencia comprendida entre 13 y 28 Hz(vibraciones por segundo). Se registran cuando la persona se encuentra despierta y enplena actividad mental. Los sentidos se hallan volcados hacia el exterior, de maneraque la irritación, inquietud y temores repentinos pueden acompañar este estado.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW276.1.4.2 Ondas AlfaTienen una frecuencia de 7.5 –13 Hz y están asociadas con estados de relajación. Seregistran especialmente momentos antes de dormirse. Sus efectos característicos son:relajación agradable, pensamientos tranquilos y despreocupados, optimismo y unsentimiento de integración de cuerpo y mente.6.1.4.3 Ondas ThetaCon una frecuencia de 3.5-7.5Hz, se producen durante el sueño (o en meditaciónprofunda, entrenamiento autógeno, yoga...), mientras actúan las formaciones delsubconsciente. Las características de este estado son: memoria plástica, mayorcapacidad de aprendizaje, fantasía, imaginación e inspiración creativa.6.1.4.4 Ondas DeltaCon una frecuencia de 0.2-3.5 Hz, surgen principalmente en el sueño profundo y muyraras veces se pueden experimentar estando despierto, sus estados psíquicos son eldormir sin sueños, el trance y la hipnosis profunda. Las ondeas delta resultan de granimportancia en los procesos curativos y en el fortalecimiento del sistema inmunitario.Figura 14: Red Neuronal Emitiendo Señales Eléctricas
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW287. Procedimiento y Descripción de las Actividades7.1 Proceso de DesarrolloPara el desarrollo de nuestro proyecto se decidió utilizar un modelo incremental (Figura15). Tomando en cuenta que el modelo incremental nos marca una estrategia paracontrolar la complejidad y los riesgos del desarrollo, de tal manera que reservamos elresto de los aspectos para el futuro4. Ya que mi proyecto implica que distintos módulosinteraccionen 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 prototiposEl primer incremento a menudo es un núcleo o producto esencialA partir de la evaluación se planea el siguiente incremento y así sucesivamenteEs interactivo por naturalezaEs útil cuando el personal no es suficiente para la implementación completa.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW29Además el modelo incremental representa una serie de ventajas ya que es apropiadopara proyectos de larga duración y donde los componentes necesitan ser probados yaprobados antes de ser utilizados.En el caso de mi proyecto está basado plenamente en arquitecturas de hardware, porlo que era imposible proceder con todo el proyecto de un solo golpe, por lo que generarpequeñas “cascadas” para cada módulo (requisitos, análisis, etc.) fue necesario enorden de conseguir terminar los módulos de manera correcta.Figura 15: Ciclo de Vida Modelo Incremental7.2 Requerimientos7.2.1 Hardware de cómputoComputadora 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 hack1 x Mind Flex3 pilas AAA para el receptor de cabeza1 x Arduino (cualquier variedad), con el cable USB2 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
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW307.2.3 Equipo de cómputoComo se puede apreciar en cuanto al equipo de cómputo no existen requerimientosmuy exigentes, esto se debe a que el proyecto trabaja con datos simulados opregrabados, permitiendo de esta manera que toda la interacción entre las aplicacionessea local.7.2.4 SoftwareWindows XP, Vista o 7 (32 o 64 bits).LabVIEW 2012.Arduino Brain LibraryNI LabVIEW Interface for Arduino Toolkit7.3HACKEAR JUGUETE EGG7.3.1 Las opcionesUna lista no exhaustiva de las opciones de nivel de consumidor para la construcción deuna interfaz cerebro-ordenador como se ve en la figura 16:Figura 16. Opciones de nivel de consumidorAbra EEG ofrece una gran cantidad de esquemas de hardware, notas, y el softwarelibre para la construcción de su propio sistema de EEG.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW31La mentalidad Nerosky es un acuerdo razonable, así - es inalámbrico, compatible, yjuega muy bien con las herramientas de desarrollo libre de la compañía.Para nuestros propósitos, sin embargo, era todavía un poco caro. Desde NeuroSkysuministra el chip EEG y hardware para el Entrenador Fuerza y Mente juguetes Flex,estas opciones representan una forma más barata (aunque menos conveniente) paraobtener los mismos datos. El modo de pensar, a diferencia de los juguetes, también leda acceso a los datos de onda primas.Teniendo en cuenta todo esto, creo que el Mind Flex representa un punto dulce en lacurva de rendimiento / precio. Le da casi todos los datos de la mentalidad por menosde la mitad del costo.La Mind Flex se supone que es un juguete de recuadro negro, no una plataforma dedesarrollo con apoyo oficial - por lo que para acceder a los datos de los sensoresactuales para su uso en otros contextos, se tendrá que hacer algunas modificacionesde hardware y escribir algún software para facilitar las cosas.7.3.2 El HardwareAquí está el diseño básico del hardware Mind Flex. La mayoría de la acción está enla cinta, que tiene el hardware EEG. Un micro controlador en la banda de cabezaanaliza los datos del chip de EEG y envía las actualizaciones de forma inalámbricaa una estación base, donde un ventilador hace levitar la pelota y varios LED seiluminan para representar su nivel de atención actual (Figura17).
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW32Figura 17. Diseño básico del hardware Mind FlexEste esquema sugiere inmediatamente varios métodos para la extracción de datos. Laestrategia más común que se ha visto es el uso de los indicadores LED de la estaciónbase para tener una idea aproximada del nivel de atención actual. Esto es bueno ysencillo, pero siete niveles de atención sólo nos proporcionan el nivel de detalle que seestá buscando.Se tomó un enfoque de alto nivel por el acaparamiento de datos en serie directamentedesde 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.
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW337.3.3 El HackPaso a paso:7.3.3.1 Desmontaje.Toma un destornillador y abrir una grieta en la vaina izquierda de la Mente Flexauricular (figura 19). (La vaina derecha sostiene las baterías.)Figura 19. Desmontaje7.3.3.2 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 - estasson las clavijas del tablero EEG utiliza para comunicarse en serie con elmicrocontrolador en la placa principal, y son los pines que se utilizará para espiar losdatos 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
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW347.3.3.3 El terreno común.Arduino querrá compartir suelo con el circuito Flex Mind. Solda otra longitud de cable atierra (figura. 21) - cualquier punto de tierra va a hacer, pero el uso de la granplataforma de la soldadura en la conexión a tierra de la batería llega a la placa facilita eltrabajo. Se ha encontrado la Mente Flex ser excesivamente sensibles al poder denuestra esperanza inicial era alimentar la placa NeuroSky de alimentación 3.3v delArduino, pero esto resultó poco fiable. Por ahora se está pegando con la configuraciónde fábrica y encender el Arduino y Mente doblan de forma independiente.Figura 21. Soldado a tierra7.3.3.4 Colar alivio y ruta del cableadoSe utilizó una gota de pegamento caliente para actuar como alivio de tensión para loscables nuevos, y se perforó un agujero en el caso de los dos cables (figura 22).Figura 22. Sacar cables
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW357.3.3.5 Conecte el Arduino.El cable de la clavija "T" la mente de Flex entra en pin RX del Arduino. La planta vaground. Es posible que desee fijar el Arduino a un lado de los Flex mente como unacuestión de conveniencia (figura23).Figura 23. Conexión a arduinoEsa es la medida del hack de hardware. Ahora en el software. Los datos de laNeuroSky no está en un formato particularmente agradable. Es una corriente de bytessin formato que deberá ser analizado antes de que te tienen ningún sentido. El destinoestá de nuestro lado: los paquetes procedentes de la Mente Flex coinciden con laestructura de la documentación oficial de MindsetNeuroSky.Esencialmente, la biblioteca tiene los datos de byte primas del chip NeuroSky, y loconvierte 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 subirloa su tablero. (. Puede que tenga que desconectar el pin RX durante la carga) El códigode ejemplo se muestra en la figura 24:
    • Reporte Final de Residencia Profesional Interfaz Gráfica EEG LabVIEW36Figura 24. Código de la librería Brain7.3.3.7 Prueba.Encienda el Mind Flex, asegúrese de que el Arduino se conecta a su computadora, yluego 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 valora 0 (confusamente, esto significa que la conexión es buena), y el resto de los númeroscomienzan a fluctuar.