Assistive technology for the severely motor impaired by using online processing of motor unit action potentials of facial muscles

In some circumstances, a person may be deprived of natural abilities, such as walking and speaking, perhaps due to limb amputation, spinal cord injuries (SCI), or degenerative diseases. Assistive technology devices allows motor-impaired people to overcome their limitations promoting greater independence. Particularly suitable in the case of people with severe motor impairment, electrical biosignals have been successfully utilised to operate alternative communication devices. For over half a century, information extracted from the electromyographic signal for the purpose of operating a given device has not considered the information provided by the basic unit of the muscle: the motor unit. The objective of this study is to investigate how accessing information at motor unit level would improve the operator's performance during a given task. The hypothesis is that the proposed methodology would allow generating more precise control commands, when compared to traditional approaches relying on global information obtained by conventional electromyographic signal acquisition and processing. A system to detect motor unit action potentials from the electromyographic signal was devised, including the electrode design, and the performance evaluated by measuring the time taken to perform several cursor control tasks. The specications of the cursor control task were extracted from a dierent study, which used the traditional electromyographic signal-processing approach. Comparing the results from both studies proved that the novel approach provides better control than the traditional one, being 27% faster in the most dificult task.Doutor em CiênciasEm determinadas circunstâncias, um indivíduo pode ser privado de suas habilidades naturais, tais como andar e falar, no caso de amputações, lesões na medula espinhal ou doenças degenerativas. Dispositivos de tecnologia assistiva permitem que indivíduos com restrições motoras a superem suas limitações promovendo maior independência. Particularmente adequados ao quadro de restrição motora severa, sinais bioelétricos tem sido usados com sucesso para operar dispositivos de comunicação alternativa. Por mais de meio século, informações extraídas do sinal eletromiográfico com o propósito de operar um determinado dispositivo não considera a unidade básica do músculo: a unidade motora. O objetivo deste estudo é investigar como a performance do operador é afetada ao utilizar informações do sinal eletromiográfico provenientes diretamente de unidades motoras. A hipótese é que a metodologia proposta seja capaz de gerar sinais de controle mais precisos quando comparados com a abordagem tradicional que usa informações globais obtidas por métodos tradicionais de aquisição e tratamento do sinal eletromiográfico. Um sistema capaz de detectar e tratar os potenciais de ação de unidades motoras em tempo real foi desenvolvido, incluindo o projeto do eletrodo e a performance foi avaliada ao medir o tempo para execução de tarefas de controle de cursor. As especificações da tarefa de controle de cursor foram retiradas de um estudo anterior, que usava métodos tradicionais de processamento do sinal eletromiográfico. A comparação dos resultados dos dois estudos demonstrou que o novo método oferece melhor controle, sendo até 27% mais rápido na tarefa mais difícil