Las distintas utilizaciones de la Interfaz Cerebro –

Computadora

Torelli, Matías; Michelone, Kevin; Vergara, Juan Manuel; Nardi, Nicolás; Florian, Nicolás; Chañi, Alejandro

Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Buenos Aires

Abstract En la actualidad, existe una tendencia a querer facilitar el modo en que se realizan ciertas tareas. En ese contexto, la tecnología Interfaz Cerebro-Computadora juega un papel importante. El objetivo de este trabajo es fomentar el interés sobre esta tecnología mostrando su funcionamiento, sus posibles aplicaciones, de qué manera ayudaría o mejoraría la vida de una persona y en qué estado se encuentra la investigación realizada por distintas empresas. Palabras claves Interfaz Cerebro – Computadora, Ondas Cerebrales. Señales Electroencefalográficas. 1. Introducción La Interfaz Cerebro-Computadora (ICC) consiste en el procesamiento de las ondas cerebrales, las que luego, son procesadas por una máquina o computadora para llevar a cabo la acción pensada [1]. De esta forma se puede interactuar con el exterior a través de los pensamientos de la forma que desee el usuario. El uso de esta tecnología puede ser explotado masivamente aunque todavía, se encuentra en una etapa de plena investigación. Actualmente existen empresas, tal como EMOTIV o Neurosky, investigando sobre esta tecnología y su capacidad de funcionamiento para la realización de distintas tareas que están ligadas a fines médicos [2], al mejoramiento de la experiencia virtual en los videojuegos [3] o simplemente al control de tareas en el hogar, por ejemplo, encender o apagar un equipo de música [4]. Lo que caracteriza a esta tecnología son dos funciones, la primera es su capacidad de relacionarse de manera

natural con el ser humano y sus pensamientos, mientras que la segunda es el acceso que posee a la información cognitiva y emocional de usuario [5]. Existen empresas que diseñaron y crearon sus propios dispositivos y ya los están comercializando [6]. En este contexto, en la sección 2 del presente artículo se describen los antecedentes de la Interfaz Cerebro-Computadora, en la sección 3 se presentan las pruebas realizadas en animales, en la sección 4 se tratan las aplicaciones alternativas de la tecnología, en la sección 5 se clasifican los tipos de dispositivos que existen y, por último, en la sección 6 se expone una conclusión final del trabajo. 2. Antecedentes de la Interfaz Cerebro-Computadora En esta sección se da a conocer un resumen de la historia de esta idea, su inicio y como fue avanzando su desarrollo. 2.1 Pasado Hans Berger comenzó el estudio de la actividad eléctrica en el cerebro y pudo registrar la actividad cerebral mediante la electroencefalografía [7]. En 1970 se inició la investigación de las primeras interfaces Cerebro-Computadora (Brain-Computer Interface, por sus siglas en inglés BCI) en la Universidad de California con una beca de la Fundación Nacional de Ciencia, seguido por un contrato de DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación de Defensa Avanzada o DARPA en inglés) [8]. En 2001 se creó la Competición BCI,

un evento bianual en la que cualquier investigador puede demostrar la eficiencia de su sistema BCI [9], la competencia consiste en que los sistemas BCI puedan interpretar un conjunto de señales [10]. 2.2 Actualidad En la actualidad los grupos de investigación como DIANA (Diseño de Interfaces AvaNzAdas) [11], de la Universidad de Málaga, centran sus esfuerzos en el procesado de la señal de calificación de patrones electroencefalográficos (EEG). DIANA es un grupo multidisciplinar que lleva más de 10 años trabajando en la investigación y desarrollo de interfaces de última generación para su aplicación a las nuevas tecnologías de la información y las comunicaciones. Actualmente trabaja en la búsqueda de técnicas que permitan obtener un adecuado y eficaz protocolo de entrenamiento que disminuya el tiempo necesario para que el sujeto obtenga cierto control sobre sus señales EEG. 3. Pruebas en Animales Previo a las pruebas en humanos, se realizaron varias pruebas en animales [12]. Los científicos de la Universidad de Duke lograron mediante un experimento la interconexión de varios cerebros para resolver una tarea común. En el experimento se vinculó artificialmente los cerebros de monos, por un lado, y los cerebros de ratas por otro, mediante una conexión que les permitió a los animales intercambiar información sensorial y motora en tiempo real, para controlar los movimientos de un avatar virtual y realizar de manera conjunta cálculos simples [13]. Por otro lado, la investigación realizada por el Ing. Arto Nurmikko y su equipo, llevo a la creación de un aparato lo suficientemente chico para poder implantarse directamente en el cerebro y poder transmitir la información de forma inalámbrica, este aparato fue testeado en dos cerdos y dos monos [14]. En la figura

1 se muestra el dispositivo implantado en la cabeza del primate [15].

Figura 1. Aparato implantado en la cabeza

de un mono

4. Aplicación en Diferentes Ámbitos En esta sección se describen ejemplos en los que se aplica la ICC en diferentes áreas. 4.1 Videojuegos Uno de los usos de esta tecnología está dedicado a los juegos de consola denominados neurogaming, lo que puede llegar a ser una revolución dentro del ámbito de los videojuegos [16]. Un ejemplo es el juego "Second Life", en el cual el usuario crea un personaje o avatar y vive una vida alternativa a través de la red [17]. Dentro del juego, la única tarea a realizar por el usuario es imaginar el movimiento que quiere que su personaje haga, la actividad que es monitoreada por el sistema BCI es leída y medida por un EEG, que transmite la información a una computadora que ejecuta un algoritmo de análisis de ondas que interpreta los movimientos imaginados [18]. Otro ejemplo es el juego "Arroja Camiones con tu mente", que es un videojuego en el cual como indica su nombre, se pueden mover camiones con la mente [19]. El dispositivo que utiliza el usuario se muestra en la figura 2 [20] y 3 [21].

Figura 2. Usuario jugando "Throw Trucks

with Your Mind" utilizando el headset desarrollado por Neurosky

Figura 3. "Mindwave", headset desarrollado por Neurosky

4.2 XWave Visualizer XWave Visualizer es una aplicación para celular desarrollada por PLX Devices y usa tecnología basada en el dispositivo de NeuroSky [22]. Esta aplicación sirve principalmente para monitorear la actividad cerebral. También posee un juego que permite entrenar y mejorar los niveles de concentración de la persona. Cuanto más concentrado esté el usuario, la pelota va a permanecer en el aire por más tiempo y viceversa. Por último, también posee una herramienta para medir el nivel de relajación de una persona para lo cual aparece un circulo en la pantalla, si toma color rojo significa que la persona está lejos del nivel máximo de meditación, si aparece azul significa que la persona está completamente relajada [23].

4.3 Brain Driver Científicos de la Universidad Libre de Berlín diseñaron un automóvil que puede ser controlado completamente solo con usar el pensamiento [24] para lo cual se utiliza un dispositivo desarrollado por Emotiv. Para usarlo, el conductor debe practicar el desplazamiento de objetos o los giros a izquierda y derecha en un ambiente virtual [25]. En la figura número 4 se muestra la utilización del dispositivo [26].

Figura 4. Un miembro del equipo Brain Driver usa el dispositivo para controlar el

auto 5. Dispositivos Intrusivos y No Intrusivos En esta sección se describen las dos clases de dispositivos que existen, los dispositivos Intrusivos y los No Intrusivos . 5.1 Dispositivos Intrusivos Los dispositivos intrusivos son aquellos que se instalan mediante una operación quirúrgica. Se practica un agujero en el cráneo del individuo y se instala un dispositivo con unos pocos cientos de electrodos que leen neuronas individuales en la zona encargada de la función motora [27]. Si bien este método no es el más cómodo para la persona que lo utilice, es el que permite profundizar más en la captación de impulsos nerviosos [28]. Otra desventaja es que el cuerpo del usuario produce una reacción de rechazo ante el objeto que ingresa y genera una

inflamación y eso degrada la propia conductividad del dispositivo [29]. 5.2 Dispositivos No Intrusivos Los dispositivos no intrusivos, al contrario de los intrusivos ofrecen una mayor comodidad para el usuario aunque no significa que sean mejores. A diferencia de los electrodos que toman la señal dentro del cráneo, en el caso de las técnicas no intrusivas el sensor que se apoya sobre el cuero cabelludo, recibe señales de actividad más débiles y "sucias" [30], escucha regiones completas del cerebro, con lo que es muy fácil confundir estímulos sensoriales con estímulos motores. Las señales además de ser débiles son ruidosas [31]. Empresas como Neurosky (figura 3) o Emotiv desarrollaron sus propios dispositivos los cuales se encuentran a la venta. A continuación, en la figura 5 se muestra el dispositivo de Emotiv [32].

Figura 5. EPOC+, dispositivo No Invasivo

desarrollado por Emotiv 6. Conclusión Día a día la tecnología va evolucionando y a su vez mejorando la calidad de vida de las personas, en base a lo investigado en este trabajo se concluye que la Interfaz Cerebro - Computadora cumple con ese objetivo. Por otro lado, esta nueva tecnología de a poco va ganando terreno en varios aspectos de la vida cotidiana de las personas, ya sea para mejorar la realización de tareas comunes como es manejar un auto, hasta la experiencia en los videojuegos.

7. Agradecimientos Queremos agradecer a nuestra Facultad Regional Buenos Aires y sobre todo a la cátedra de "Sistemas y Organizaciones" de primer año, por ayudarnos a confeccionar este documento. 8. Referencias [1] Circula seguro. Interfaz Cerebro-Computadora. goo.gl/bGaUly. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [2] Circula seguro. Interfaz Cerebro-Computadora. goo.gl/bGaUly.Ultimo Acceso:Agosto de 2016. [3] Tendencias 21. Ya es posible vivir en Second Life solo con el pensamiento. goo.gl/QePI0C. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [4] Lychnos. BCI aplicado al entrenamiento cognitivo. goo.gl/KdXAqf. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [5] Minguez, J. Tecnología de Interfaz Cerebro – Computador. Grupo de Robótica, Percepción y Tiempo Real. Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas. Universidad de Zaragoza, España. goo.gl/m58ljz Último Acceso: Agosto de 2016. [6] Conectados. Entrevista a Ron Figueroa, fundador de HumTumAgency. https://goo.gl/vYMmhA. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [7] Ciencia cognitiva. Una caja de ritmos llamada cerebro: Moviendo objetos con la mente. goo.gl/gfhRA7. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [8] G. G. Karla Estefania y G. Monfil Adelaida. Trabajo de investigación de BCI. goo.gl/GDkCPj. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [9] LA COFA. Introducción a los sistemas Brain Computer Interface. https://goo.gl/vuiqEu. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [10] BCI Competition IV. goo.gl/vRXPED. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [11] Grupo de investigación DIANA, Universidad de Málaga, España. Interfaces Cerebro Computadora. goo.gl/E6NvyW. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [12] Hipertextual. El mono que controla un robot con la mente. goo.gl/wY2KCI. Ultimo Acceso: Agosto de 2016.

[13] UnoCero. Desarrollan la primera interfaz cerebro computadora compartida. goo.gl/vTfZA9. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [14] Technology Review. Una interfaz cerebro computador inalámbrica. goo.gl/KmvYHE . Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [15] Evolución y Ambiente (IIEE). Interfaz inalámbrico cerebro - computadora. goo.gl/qOB78G. Ultimo Acceso: Agosto de 2016. [16] El diario. "Neurogaming": Cuando el mando es tu cerebro y las videoconsolas leen la mente. goo.gl/TdiJZm . Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [17] Tendencias 21. Ya es posible vivir en Second Life solo con el pensamiento. goo.gl/G3v22X. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [18] Science Blogs. Brain-Computer Interface for controlling Second Life Avatars (Traducido). goo.gl/ZINBls.Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [19] Throw Trucks with Your Mind. goo.gl/Bw0rnv. Ultimo Acceso: Septiembre 2016. [20] MMOHuts. Throw Trucks with Your Mind - First Look (Traducido) goo.gl/K3cOi7. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [21] Neurosky. goo.gl/rXlrvJ. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [22] Inteligencia Artificial. Controla tu Iphone/iPad con la mente. goo.gl/gs9j9m. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [23] PLX Devices Marketing Team. XWave - Mind Interface Tutorial and Apps (Traducido). goo.gl/6sxUGF. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [24] ABC. El coche controlado por la mente. goo.gl/ywQCr6. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [25] Diario La Tercera. Un auto manejado por el pensamiento. goo.gl/LBc6A6. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [26] BBC. Mind-Control: 'I drove a car with my thoughts' (Traducido). goo.gl/NtEu6F. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016.

[27] Regreso al futuro. Brain-Computer Interface. goo.gl/gQkM8t. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [28] Blogthinkbig. Como se transmiten las ordenes mentales a un ordenador. goo.gl/GrLzL1. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016 [29] Tecnología Sur. Controlar maquinas con el pensamiento. goo.gl/buPwTS. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016 [30] Tecnología Sur. Controlar maquinas con el pensamiento. goo.gl/buPwTS. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016 [31] Regreso al futuro. Brain-Computer Interface. goo.gl/gQkM8t. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016. [32] Emotiv. goo.gl/549uM9. Ultimo Acceso: Septiembre de 2016.