Control adaptado al sujeto de una Interfaz Cerebro-Máquina con señalización mixta

Una Interfaz Cerebro – Máquina o Brain Computer Interface (BCI) es un sistema de comunicaciones que permite controlar un ordenador o dispositivo externo a partir de la actividad cerebral. A lo largo de este trabajo se presenta el desarrollo un BCI en tiempo real en la que el control se realiza mediante una señalización mixta para generar potenciales visuales evocados (SSVEP). Esto quiere decir que, de cara a maximizar los resultados que ésta interfaz pueda proporcionar, se realizará una combinación entre un circuito hardware que controla los LEDs de estimulación visual y una aplicación software que informa en pantalla sobre la codificación del estímulo, ambos funcionando de manera independiente pero estando interconectados entre sí. El objetivo de este trabajo será la realización de una Interfaz Gráfica de Usuario, en adelante GUI, que permita la integración de todos los elementos que componen este BCI, de manera que se construya un dispositivo compacto e integrado, siendo al mismo tiempo un diseño flexible, en el sentido de que sea posible la sustitución de un elemento por otro con la misma funcionalidad sin perder las prestaciones de la interfaz completa. La interfaz utiliza una señalización mixta que permite simultáneamente mostrar información en la pantalla de un ordenador y de forma coordinada realizar una estimulación visual mediante LEDs para evocar los SSVEPs que se utilizan en el control. Además, permite realizar una adaptación de las mejores frecuencias de estimulación para cada sujeto, resultando en un mejor control de la misma. Para lograr estos objetivos, se comenzará realizando un estudio del estado del arte, de cara a entender qué es una Interfaz Cerebro – Máquina y cuáles son sus componentes, las características de los mismos y el grado de avance en la actualidad de estas interfaces. Una vez entendido este concepto, planteará el diseño del BCI que se pretende construir, analizando ventajas e inconvenientes de cada línea de desarrollo y las características de los elementos que se van a seleccionar. Concluido el planteamiento definitivo, se procederá a explicar cómo se ha desarrollado el circuito hardware y su comunicación con el resto de elementos del BCI, así como los pasos que se han seguido para la construcción de la GUI y su integración con los programas encargados de recibir, procesar, analizar y proporcionar los resultados obtenidos con el registro de electroencefalograma. Construidos y desarrollados todos sus elementos, el resultado será una Interfaz Cerebro – Máquina basada en SSVEPs que será necesario validar. Para ello, se realizarán pruebas tanto funcionales como con voluntarios que determinen si la misma cumple con los requisitos fijados al comienzo de este trabajo y si es posible su utilización como medio de comunicación. Por último, se realizará un análisis a posteriori que determine si se han cumplido los requisitos establecidos y qué conclusiones se pueden extraer de este desarrollo, finalizando con las líneas de estudio futuro que se van a seguir para continuar avanzando en esta línea de investigación.A Brain Computer Interface is a means of communication based on neural activity with the aim of controlling a computer or external device. Throughout this document the development of a real-time Brain Computer Interface or BCI is provided, whose control is performed by an SSVEP based mixed signaling. This means that, in order to achieve the best results that this interface can achieve, a combination of a hardware circuit for the LED stimulation control and a software application to provide additional information will be implemented, both of them working in a standalone mode but capable of communicating between each other. The aim of the project is to build a Graphic User Interface, hereinafter GUI, allowing the integration of all the BCI elements, developing a compact and integrated device that, at the same time, is built in a flexible manner, meaning that any change of the interface elements by one with the same features will not affect the BCI properties. The BCI combines the delivery of information to the user regarding the stimulus encoding and the stimulation through hardware controlled LEDs. Moreover, an adaptation to each user will be carried out, which will result in a better control of the interface. To achieve these goals, the first step will be a study of the current situation, leading to a better understanding of what a BCI is, which are its components and features and the progress of these interfaces. Once this concept has been engaged, the BCI design will be detailed, determining its benefits and drawbacks of each development and the features of each selected element. Once the final approach has been determined, an explanation of the hardware design will be provided, determining at the same time the means of communication between this circuit and the other elements. Along that chapter, the steps for building the GUI will be as well provided, together with the integration with the programs that are in charge of receiving, processing, analyzing and bringing up the results recorded by the electroencephalography. With all the elements built and developed, the final result will be the mixed signaled Brain – Computer Interface that needs to be upheld. Functional and user acceptance tests will be carried out, determining whether the requirements are met and if it is possible to use this BCI as a means of communication. Finally, a posteriori analysis will determinate if the goals of this project have been accomplished and which conclusions can be extracted of this development, concluding with the next steps that will be taken in this research line