Resumen

A pesar de los numerosos estudios sobre la actividad cerebral en tareas de control mecánico, se ha investigado poco cuando fuerzas externas perturban las extremidades superiores, lo que indica un conocimiento limitado de las vías fisiológicas implicadas en el proceso. Para evaluar la alteración de la actividad cerebral en personas con deficiencias motoras, es crucial examinar y analizar primero la actividad cerebral de personas sanas.

Por lo tanto, el objetivo subyacente de esta tesis es modelar la actividad general de la respuesta cerebral provocada por la manipulación mecánica de la muñeca en personas sanas y jóvenes. Para ello, se utiliza una base de datos pública de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos). En el experimento, un sistema robótico provoca un movimiento mecánico de la muñeca, y la respuesta cerebral correspondiente se registra mediante electroencefalograma. Además, en esta tesis se desarrolla unmanipulador robótico de bajo coste para provocar los mismos perfiles específicos de movimiento de la muñeca a partir de la base de datos de la TU DELFT. Para ambas configuraciones experimentales, la respuesta cortical (es decir, la fuente de movimiento) se identifica mediante el Análisis de Componentes Independientes y se estima basándose en unmodelo embebido diferencial de retardo no lineal. Para validar el modelo propuesto, se realiza un análisis de validación cruzada y se compara con el conjunto de datos público de la Universidad Tecnológica DELFT, alcanzando un 90.55% de varianza contabilizada y una correlación del 95.01%.

Las contribuciones de esta tesis pueden dividirse en tres grupos: La primera contribución tiene en cuenta el marco matemático, que puede separarse en tres subgrupos principales: (1) el modelo matemático propuesto basado en el embebido diferencial de retardo no lineal puede estimar la respuesta cerebral causada por la manipulación específica de la muñeca, (2) el enfoque propuesto basado en los perfiles de correlación (entre la respuesta cerebral registrada y modelada) explica visualmente la base algebraica de la respuesta cortical causada por lamanipulación de la muñeca, (3) y finalmente el modo de operación predominante general refleja la respuesta generalizada del cerebro.

La segunda contribución se refiere a la interpretación fisiológica, es decir, los resultados experimentales muestran que la aceleración del movimiento afecta a la respuesta cortical, y los retardos temporales del modelo propuesto reflejan vías específicas de la respuesta cerebral. Por tanto, existe una actividad retardada común en el tiempo a todos los sujetos.

Por último, la tercera contribución trata del equipo necesario para esta tesis. Para provocar la manipulación de la muñeca, se construyó un sistema robótico utilizando tecnologías de diseño asistido por ordenador e impresión en 3D. Para medir la actividad cerebral, un montaje reducido de 8 canales de EEG ayuda a construir un sistema menos complejo y, por tanto, más rápido en el procesamiento de datos quemetodologías anteriores. Este enfoque permite la construcción de un nuevo conjunto de datos de señales cerebrales de participantes mexicanos, permitiendo así la validación de nuevos modelos.

Palabras clave: Brain activity, nonlinear modeling, wrist perturbation, muscle activity, signal analysis, EEG, EMG, muscle fatigue.

Documento completo (archivo pdf, 6 mb)

Índice de contenido

Portada

Agradecimientos

Índices

Capítulo 1. Introducción

Capítulo 2. Marco teórico

Capítulo 3. Modelado de la respuesta cortical causada por perturbaciones de la articulación de la muñeca a través de un embebido no lineal diferencial con retardo temporal

Capítulo 4. Estimación proporcional de la fatiga muscular durante la flexión isométrica de la muñeca mediante electromiografía de superficie

Capítulo 5. Conclusiones y trabajo futuro

Referencias

Apéndice A. Tabla 4.6.1: Sistema de identificación de sistemas neuronales a partir de señales neurofisiológicas

Apéndice B. Tabla 4.6.2: Trabajo Relacionado

Documento completo (archivo pdf, 6 mb)

Durán Santos, M. 2024. Modelado no lineal de la actividad cerebral relacionada con tareas motrices. Tesis Doctorado. Sistemas Inteligentes. Departamento de Ingeniería en Computación, Electrónica y Mecatrónica, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Junio. Derechos Reservados © 2024.