Paso 1: Un poco de ciencia
¿Cómo podemos medir la actividad cerebral usando un sombrero de vestir?
Electroencefalografía (EEG) es la medida de la actividad neuronal a través de sensores (electrodos) colocados contra el cuero cabelludo. Estos electrodos pueden medir los pequeños cambios eléctricos que ocurren cuando las neuronas del fuego. Por amplificar estas señales a través de un ordenador, podemos observar la actividad cerebral de una persona en tiempo real. Aquí es un gran video que explica los fundamentos del EEG (Universidad de Waterloo):
Limpieza de la señal
Cuando se registra una señal del cerebro de la cabeza de una persona mediante sensores EEG, recoge un montón de información que no sea señales cerebrales: movimientos musculares y el ojo de la persona y especialmente de interferencia de ese refrigerador viejo en la esquina del laboratorio. Antes de la señal del cerebro puede ser interpretada, necesitamos limpiarlo o "pre-procesarlo": filtrar el ruido, quitar todos los músculos, movimiento de los ojos y parpadeo de la señal.
Luego hacemos un par de otras manipulaciones matemáticas con los datos para estimar la cantidad de ondas cerebrales diferentes por la frecuencia de sus oscilaciones (no sólo hay un tipo de ondas cerebrales). Las oscilaciones neuronales pueden clasificarse así en "bandas de frecuencia": Delta (0-4 Hz), Theta (~ 4-8 Hz), alfa (8-12 Hz), Beta (~ 12-30 Hz) y Gamma (> 30Hz).
En experimentos de investigación, la limpieza de la señal se realiza manualmente después de los experimentos, usando software especial. Auriculares de EEG comerciales contienen chips que preprocesar la señal en tiempo real. Este tutorial utiliza de Neurosky ThinkGear™ ASIC, que filtra el HF ruido muscular los movimientos y de las señales del cerebro en tiempo real y se aplica algoritmos personalizados diseñados por Neurosky para detectar niveles aproximados de "relajación" y "atención", así como los niveles de delta, theta, alfa baja, alta alfa, beta baja, alta beta y ondas gamma.
Interpretación de la señal del cerebro
Ahora que hemos limpiado la señal del cerebro, podemos empezar a interpretarlo. Cambios en el tiempo en los niveles de las diversas bandas de frecuencia revelan información importante sobre los Estados mentales de una persona, por ejemplo: si están dormidas, concentrándose en un ejercicio mental difícil, relajante, tiene los ojos abiertos o cerrados, etc.. Ciertas señales del cerebro también pueden ser indicativos de condiciones clínicas (crisis epilépticas o trastornos del sueño).
En un experimento típico de la investigación, el EEG se graba y luego promediado para cada participante (en muchos ensayos), para un grupo grande de participantes. Los científicos estudian los patrones recurrentes de las respuestas neuronales a estímulos visual/auditivo/multisensorial para entender cómo el cerebro procesa y codifica la información. ¿Por ejemplo: basado en el EEG de una persona, podemos predecir si se busca una foto de Times Square en hora punta o un águila volando contra un cielo azul? Parece que podemos, por cierto.
Interfaces cerebro-computadora
Patrones recurrentes en la actividad cerebral también pueden utilizarse para escribir algoritmos para interfaces cerebro computadora (BCI). Una interfaz de computadora del cerebro es un sistema informático que permite a una persona para el control de un objeto utilizando sólo su cerebro. Varios BCIs se están desarrollando para ayudar a las personas con movilidad reducida o comunicación, lo que les permite escribir o controlar objetos en una pantalla de ordenador. Dos métodos comúnmente utilizados en el desarrollo de tales BCIs son imágenes motor (imaginando que están ejecutando un movimiento de cuerpo específico) y el P300 evento potencial (un cambio positivo en el voltaje que comienza aproximadamente unos 250ms después del inicio del estímulo). Algunos sistemas de ortografía utilizan estos métodos para permitir a la gente a comunicarse con sus ondas cerebrales. Sin embargo, requieren formación sustancial y no nos permiten pensar simplemente en palabras y posteriormente verlas aparecer en una pantalla de ordenador. Las señales más fáciles a utilizar para el control de objetos con un BCI sería la actividad muscular facial, que es detectada por sensores colocados en la zona frontal de la cabeza. Estas señales son fácilmente reconocibles (izquierda/derecha movimientos de los ojos, parpadeo, movimientos de mandíbula, aprieta los dientes, etc.). Hay un emocionante avance en investigación BCI. Sin embargo, tenga en cuenta que no de BCIs no (todavía) nos permiten hacer "leer la mente". Lo más parecido que he visto a "leer la mente" tendría que ser en este genial experimento llevado a cabo en Berkeley, fMRI (no EEG).
Quadcopter de control mental de la Universidad de Minnesota:
Portátiles vs EEG EEG clínico y de investigación
Equipo de EEG utilizado en laboratorios de investigación y hospitales proporcionan grabaciones de robusta y de alta calidad de la actividad cerebral. Por desgracia, los cables que conectar los auriculares amplificadores limitan la movilidad del usuario. Auriculares inalámbricos de EEG son fáciles de poner en el y hoy en día muchos de estos uso "en seco" electrodos (electrodos que no requieran pegajosa gel o solución salina). La principal limitación en el uso de dispositivos portátiles de EEG para la investigación de los propósitos es la resolución espacial y temporal (1-14 electrodos; muestreo promedio tasa de 128 Hz), que es no tan buena como la de auriculares de investigación EEG (32-256 electrodos; tasas de muestreo hasta 20 kHz). Esto significa que es mucho más difícil de extraer y mapa con precisión la fuente de una señal del cerebro con un dispositivo portátil que es con el equipo avanzado. También, en un dispositivo portátil la señal es más ruidosa ya que hay mucha más actividad muscular debido a la persona moverse (aunque mucho el ruido se filtra hacia fuera durante el preprocesamiento de la señal). Sin embargo, incluso con una resolución más baja, auriculares de EEG portátiles proporcionan lecturas exactas de potencia de la banda de frecuencia y pueden utilizarse para diferentes aplicaciones como el desarrollo de interfaces de ordenador simple no invasiva cerebral y de ciertas prácticas clínicas (neurofeedback). Auriculares inalámbricos de EEG son bastante recientes, y su eficacia va a mejorar junto con la tecnología.
- Sistemas de investigación/clínica EEG: G.tec, BrainProducts, EGI, Biosemi
- Inalámbricos y portátiles dispositivos de EEG: Emotiv, IMEC, Muse, melón, Neurosky
- Open Source EEG: OpenBCI
