Sensory remapping: a possible therapy option / Remapeamento sensorial: uma possível opção de terapia

The human sensory receptors are morphologically specialized to transduce specific stimuli into the brain. However, when an injury occurs, mainly in the spinal cord, which can be of traumatic or non-traumatic origin, it provokes various degrees of sensory deficits, autonomic, motor and sphincter dysfunction below the level of the injury. Based on this, a new therapeutic modality is being proposed by neuroscientist Miguel Nicolelis, which is based on the brain-machine interface, that is, using other pathways so that the information can reach the cerebral cortex and thus be consciously processed (AU).

Os receptores sensoriais humanos são morfologicamente especializados para realizar a transdução de estímulos específicos para o encéfalo. Entretanto, quando ocorre uma lesão, principalmente, na medula espinal, que pode ser de origem traumática e não traumática, provocam diversos graus de déficits sensoriais, disfunção autônoma, motora e esfincteriana, abaixo do nível da lesão. Com base nisso, uma nova modalidade terapêutica está sendo proposto pelo neurocientista Miguel Nicolelis, que tem como base a interface cérebro máquina, isto é, utilizar-se de outras vias para que as informações possam chegar no córtex cerebral e assim serem processadas conscientemente.Palavras-chave: Interfaces cérebro-computador, Neurociências, Órgãos dos sentidos (AU).

Diseño de sistema para controlar una silla de ruedas mediante señales eléctricas cerebrales / System Design to control a wheelchair using brain electric signals

RESUMEN Fundamento: Las personas con lesiones de la médula espinal pueden presentar parálisis muscular e imposibilidad para realizar movimientos de diferentes partes del cuerpo, en dependencia del nivel de la lesión. En la actualidad, es posible utilizar las corrientes eléctricas generadas en la superficie del cráneo, producto de la actividad cerebral, para mover una silla de ruedas eléctrica, de manera que disminuye la dependencia de esos pacientes. Objetivo: describir el diseño de un sistema para controlar una silla de ruedas, mediante señales eléctricas cerebrales de un paciente con paraplejía. Métodos: estudio de innovación tecnológica, realizado en la Universidad Tecnológica Equinoccial del Ecuador. La aplicación software para detectar las ondas cerebrales se desarrolló en la plataforma LabVIEW, mediante bibliotecas de vínculos dinámicos (edk.dll) de Emotiv y librerías de Arduino. Las señales de electroencefalografía generadas por el usuario (emoción, participación/aburrimiento, frustración y meditación) fueron observadas y medidas usando un waveform. La prueba del sistema se realizó con un paciente de 40 años de edad, con paraplejía espástica causada por una fractura en la columna vertebral. Resultados: se obtuvo un índice de efectividad mayor del 85 %. El índice de carga de trabajo obtenido fue de un 60,33 %, con índices de cargas individuales relevantes: demanda mental con 22,67 % y rendimiento con un 30 %. Conclusión: el desempeño del sistema descrito resultó adecuado para la movilidad del prototipo de silla de ruedas.

ABSTRACT Foundation: People with spinal cord injuries may have muscular paralysis and inability to perform movements of different parts of the body, depending on the injury level. At present, it is possible to use the electric currents generated on the skull surface, resulting from brain activity, to move an electric wheelchair, so that their dependence decreases. Objective: to describe a system for controlling a wheelchair, by means of the brain electric signals of a paraplegic patient. Methods: study of technological innovation, conducted at the Equinoctial Technological University of Ecuador. The software application to detect brain waves was developed on the LabVIEW platform, using Dynamic Link Libraries (edk.dll) from Emotiv and Arduino libraries. The electroencephalography signals generated by the user (emotion, participation / boredom, frustration and meditation) were observed and measured using a waveform. The system test was performed with a 40-year-old patient with spastic paraplegia caused by a fracture in the spine. Results: an effectiveness index greater than 85 % was obtained. The workload index obtained was 60.33 %, with relevant individual load indices: mental demand with 22.67 % and yield with 30 %. Conclusion: the described system performance was adequate for the wheelchair prototype mobility.

Towards designing Brain-Computer Interfaces in terms of User-Profiles, Neurophysiological Factors and User Experience / Hacia el diseño de Interfaces Cerebro-Computadora en términos del Perfil del Usuario, Factores Neurofisiológico y Experiencia del Usuario

Abstract Brain-computer interfaces (BCIs) are technology in development that attempt to establish interaction between individuals and their surroundings by modulating their neural activity. One of the most common strategies to modulate neural activity is motor imagery (MI). However, research on MI-based BCIs has been mostly carried out on the system-related part, whereas the user-related part has been relatively ignored. Thus far, up to 30% of users cannot gain control of BCI, while the remaining ones reach modest performance. The exclusion of users in the system design has possibly led to this outcome. Therefore, the aim of this paper is to establish a mixed method based on interactive design principles and in line with (1) user-profile, (2) psychological and (3) neurophysiological factors, (4) BCI technical issues and (5) user-experience. Although some of these elements have been previously discussed, their integration and application are seldom considered during investigation.

Resumen Las interfaces cerebro-computadora (ICC) son tecnología en desarrollo que intenta establecer interacción entre un individuo y su entorno a través de la modulación de su actividad neuronal. Una de las estrategias más usadas para modular la actividad neuronal ha sido la imaginación motora. Sin embargo, la investigación en ICC controladas por imaginación motora ha sido desarrollada mayoritariamente en términos del sistema, donde el usuario es generalmente ignorado. A la fecha, hasta el 30% de los usuarios no pueden controlar un sistema ICC basado en imaginación motora, mientras que el resto de los usuarios alcanzan un desempeño moderado. La exclusión de los usuarios en el diseño del sistema, posiblemente ha llevado al bajo índice de adaptación entre el sistema y el usuario. En base a esta evidencia, el objetivo de este artículo es establecer un método mixto sustentado en principios de diseño interactivo y considerando cinco elementos: (1) perfil del usuario, (2) factores psicológicos y (3) neurofisiológicos, (4) factores técnicos y (5) experiencia del usuario. Aunque todos estos elementos han sido discutidos previamente, su integración y aplicación son muy poco frecuentes durante la investigación.