Eletroencefalograma no controlo de sistemas biónicos

Transcrição

1 Eletroencefalograma no controlo de sistemas biónicos Trabalho realizado no âmbito da cadeira Introdução à Eletrónica Médica Por: Inês Barradas, 36146, Bioengenharia

2 Introdução-O que é o eletroencefalograma? 2 O eletroencefalograma consiste numa avaliação da atividade bioelétrica do cérebro através do registo com elétrodos colocados no escalpe. Mais raramente, os elétrodos são colocados na região subdural (meninges) ou até no córtex cerebral. O conjunto dos registos resultantes constitui o eletroencefalograma e representa o sinal elétrico das várias áreas cerebrais. Não são registadas correntes elétricas isoladas, mas sim as diferenças de potencial elétrico ou de voltagem entre diferentes partes do córtex cerebral.

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4 Introdução- O que é o eletroencefalograma? A origem dos potenciais baseia-se na eletrofisiologia intrínseca das propriedades do sistema nervoso. A base para o reconhecimento de padrões eletrográficos (chamados Ondas Cerebrais) está na identificação do gerador de fonte(s) e do campo elétrico de propagação. 4

5 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Os sinais elétricos são criados quando as cargas elétricas se movem no sistema nervoso central. A função neuronal é mantida por gradientes iónicos estabelecidos por membranas neuronais. 5

6 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Para uma aplicação mais rápida, os elétrodos são montados em toucas similares às toucas de banho, garantindo uma coleta de dados semelhante em todos os pacientes. 6

7 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Portanto, o EEG mede a atividade elétrica gerada pelos potenciais elétricos sincronizados de milhares de neurónios (em voltagem) e fornece uma excelente resolução temporal, permitindo a análise das áreas dos cérebro ativas no momento. 7

8 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Como as flutuações de tensão medidas nos elétrodos são muito pequenas, os dados gravados são digitalizados e encaminhados para um amplificador, sendo posteriormente exibidos como uma sequencia de valores de tensão. 8

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10 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Como o EEG monitoriza o tempo de atividade elétrica gerada pelo cérebro, podemos interpretar quais as áreas do cérebro são responsáveis pelo processamento da informação em determinado momento: 10

11 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Córtex occipital-responsável pelo processamento visual de informação. O EEG é feito através de estimulação visual. 11

12 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Córtex parietal-principal responsável por fundir várias estruturas de referência corporal. Além disso, é ativo durante o encontro de objetos ou informações importantes para o paciente. 12

13 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Córtex temporal-responsável pelo processamento da linguagem e produção da fala(lateral), navegação espacial (medial). É aqui que está o hipocampo-região onde as memorias espaciais e autobiográficas estão contidas. 13

14 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Córtex frontal-a parte frontal do cérebro humano é maior comparativamente ao resto dos mamíferos. É o responsável pelo controlo cognitivo. 14

15 Introdução- O que é o eletroencefalograma? O EEG também faz a análise das frequências que conduzem a atividade cerebral. Sempre que o cérebro está num certo estado, os padrões de frequência mudam. 15

16 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Delta(1-4hz)- estas ondas são examinadas para avaliar a profundidade do sono. Quanto mais forte o ritmo delta, mais profundo ele é. Estas ondas estão só presentes em estados não REM estados sem sonhos. 16

17 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Teta (4-7Hz) as ondas teta estão associadas a uma ampla gama de processamento cognitivo, como codificação e recuperação de memória. 17

18 Introdução- o que é o eletroencefalograma? Alfa (7-12 Hz)-Estas ondas coordenam a atenção, concentração e processamento multissensorial. 18

19 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Beta (12-30Hz)-as ondas beta aumentam a sua frequência quando planeamos ou executamos movimentos. 19

20 Introdução- O que é o eletroencefalograma? Gama(>30Hz)-são os buracos negros da investigação de EEG. 20

21 Interface Cérebro - Computador Uma interface cérebro computador (ICC), também chamado interface mente-máquina (IMM) e também interface neural direta (IND) ou interface telepática sintética (ITS) é um caminho comunicativo direto entre o cérebro e um dispositivo externo. São frequentemente direcionados para pesquisar, auxiliar, aumentar ou reparar a cognição humana ou as funções senso motoras. 21

22 Revisão Bibliográfica-Braço Robótico controlado pelo Cérebro O artigo que estudei baseia-se na interface homem-máquina com o objetivo de movimentar um braço robótico utilizando comandos derivados de um sinal EEG. 22

23 Este sistema consiste nos seguintes estados de implementação: Amplificador EEG; Conversor A/D; Filtração digital; Treino; Comparação Algoritmo de translação 23

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25 25 A aquisição de dados é feita através de um dispositivo EEG, sendo os dados adquiridos através do sinais de EEG emitidos quando o paciente pensa nos movimentos que tem que fazer com o braço.

26 O objetivo deste trabalho foi desenvolver um braço prostético para pacientes amputados que podem ajudá-los a terem uma qualidade de vida igual aos outros não amputados. Este braço funciona utilizando comandos do cérebro que são recolhidos por via do EEG. Os pacientes ideais para este braço são aqueles que sofreram amputação, mas que possuem um cérebro saudável. 26

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28 Revisão Bibliográfica-ICC controla mão biónica Uma equipa de investigação da universidade de Houston criou um algoritmo que permite um homem agarrar uma garrafa e outros objetos com uma mão prostética controlada apenas pelos seus pensamentos. 28

29 29 Esta técnica, demonstrada com um homem de 56 anos cuja mão foi amputada, usa a monitorização cerebral não invasiva (EEG), para capturar a atividade cerebral para determinar quais as partes do cérebro que estão envolvidas no agarrar de um objeto. Com esta informação, os investigadores criaram um programa de computador ou ICC que aproveitou as intenções do paciente e permitiu-lhe agarrar objetos com sucesso, incluindo uma garrafa de água e um cartão de crédito. O paciente agarrou os objetos selecionados 80% das vezes, utilizando uma mão biónica ajustada a ele.

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31 Vídeo-Controlo de um braço robótico através do EEG(University of Freiburg, Germany) 31

32 Video-Perna Biónica controlada por EEG w5cwnqkge9o 32

33 Conclusão A utilização de sinais eletrográficos no controlo de sistemas biónicos ainda tem um caminho muito longo pela frente. No entanto, como é uma área muito procurada, acredito que no futuro todas as próteses biónicas serão controladas pelo cérebro humano. 33

34 Referências SunnyT.D.a, Aparna T.b, NeethuP.c, Venkateswaran J.d *, Vishnupriya V.e, Vyas P.S.f,Robotic Arm with Brain ± Computer Interfacing 34