Mejorando la medición de las señales eléctricas del cuerpo

Una experiencia común para casi todo el mundo es haberse hecho un electrocardiograma en el médico: se conectan unos electrodos en el cuerpo y el especialista observa las señales medidas en una pantalla o impresas en papel para realizar un diagnóstico.

O quizás recordarán las escenas dramáticas de muchas películas donde se escucha el pitido del monitor cardíaco y no sabemos si el héroe vivirá. Esos son los casos más conocidos de la medida de “biopotenciales”: señales eléctricas generadas por las células de nuestro cuerpo. Las neuronas utilizan estos biopotenciales para nuestros procesos mentales, los nervios para transmitir comandos y sensaciones de un lugar a otro, las fibras musculares para contraerse, el corazón para marcar el ritmo del latido, entre muchos otros.

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Desde hace más de 100 años hemos aprendido a medir esos biopotenciales colocando electrodos en el cuerpo que traducen los biopotenciales en señales eléctricas. Aquí intervienen profesionales de la Ingeniería Electrónica que se especializan en desarrollar todos los circuitos electrónicos con los que convivimos a diario en la miríada de dispositivos que usamos de sol a sol, desde el humilde lavarropas hasta el sofisticado teléfono celular. En colaboración con profesionales de la Medicina y la Bioingeniería, se desarrollan los dispositivos que permiten medir biopotenciales. Los más conocidos en la clínica médica son los electrocardiógrafos (para señales del corazón), electromiógrafos (músculos) y electroencefalógrafos (cerebro).

En mis tareas de investigación, me he dedicado al estudio y desarrollo de circuitos que permiten mejorar la medida de biopotenciales y utilizarlos en diversas aplicaciones. Lo que se busca mejorar es la calidad de las medidas, el costo de los dispositivos, el tamaño, y el consumo de energía. Además, la Electrónica en sí da pasos agigantados tecnológicamente año tras año: un sistema que hace una década debía apoyarse sobre un escritorio, hoy puede llevarse como un reloj en el cuerpo; por lo tanto, se estudia cómo trasladar esos progresos a la medida de biopotenciales.

Los avances tecnológicos mencionados posibilitaron, por ejemplo, los dispositivos “vestibles”, es decir, que se utilizan con la misma facilidad que una prenda de vestir y requieren una asistencia profesional mínima, logrando medir las señales biomédicas en la vida cotidiana de las personas con comodidad y bajos costos. Las ventajas de este enfoque son numerosas: van desde el monitoreo médico en ámbitos no hospitalarios, aplicaciones de asistencia para personas con distintas discapacidades, el desarrollo de terapias de rehabilitación en el hogar, estudios para mejorar la ergonomía en ámbitos laborales o el desempeño deportivo, hasta aplicaciones en la educación y el entretenimiento llevando estos dispositivos a teatros, aulas y muchos ámbitos poco tradicionales para este tipo de instrumentos.

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Los dispositivos vestibles presentan mayores desafíos que simplemente hacerlos pequeños y de larga duración: deberían poder ser utilizados sin supervisión profesional permanente. En un ámbito hospitalario, alguien se encargará de preparar la piel y colocar los electrodos en un lugar óptimo. Un dispositivo que será utilizado por una persona sin entrenamiento debe funcionar, aunque la piel esté muy seca, o se coloque de manera inexperta. Los circuitos de medida deben mejorarse para hacer frente a estos nuevos requisitos y buscar nuevas estrategias. En el grupo de investigación al que pertenezco (Gibic, en el Instituto Leici) se trabaja en electrodos capacitivos, que logran medir señales cardíacas sin contacto con la piel, aún colocados sobre la ropa (una remera de algodón, por ejemplo). Otra línea de trabajo importante son los “electrodos activos” que incluyen electrónica en un pequeño espacio sobre el propio electrodo para lograr medir con electrodos “secos”, que se colocan sobre la piel sin ningún gel ni preparación. Además, se investigan los circuitos que rechazan la interferencia electromagnética: en el mundo actual estamos en contacto con aparatos eléctricos que pueden interferir con los biopotenciales captados si no se toman contramedidas. Finalmente, trabajamos en interfaces hombre-maquina alternativas, como deletreadores que funcionan a partir de señales cerebrales.

Las líneas de investigación mencionadas son de carácter más bien teórico. En general producen propuestas de nuevos circuitos, aunque todas se verifican experimentalmente construyendo prototipos para validarlas. Otras de nuestras actividades son de índole más práctica y se relacionan con la extensión universitaria y la divulgación científica. Un proyecto insignia en ese ámbito es Wimumo, un dispositivo desarrollado por nuestro grupo a partir de la colaboración con la doctora Alejandra Ceriani de la Facultad de Arte que nos propuso la idea. Se trata de un pequeño aparato de muy bajo costo, fabricado con componentes ampliamente disponibles y software de desarrollo propio y de código abierto, que mide las señales de los músculos o el corazón y las transmite por WiFi (de ahí su nombre de los términos en inglés de “inalámbrico” y “multi-modal”, esto último porque mide distintas señales).

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Así, una persona se coloca los electrodos simplemente ajustándolos con bandas elásticas y puede moverse libremente por un escenario transmitiendo en tiempo real sus biopotenciales, los cuales, por ejemplo, se reciben en la computadora de un diseñador multimedial que produce música en vivo a partir de ellos. El proyecto Wimumo fue exitoso ya que pone a disposición una herramienta usualmente muy costosa y compleja por muy poco dinero y para personas que no saben específicamente del tema. Se usó en performances artísticas donde se creaba música e imágenes a partir de los movimientos y latidos de performers, en la pandemia para obras virtuales, en exposiciones, y actualmente en escuelas primarias, donde alumnos lograron controlar juegos con sus señales musculares. En el futuro, esperamos que Wimumo se utilice en más escuelas ya que resultó motivador en el aula, y estudiar la posibilidad de utilizarlo en terapias de rehabilitación ya que permite visualizarse el esfuerzo que se realiza con ciertos grupos musculares y comandar juegos de computadora que hacen más entretenidas las sesiones de ejercicios.

*El autor es investigador adjunto Conicet - Instituto Leici (UNLP-Conicet-CIC - Facultad de Ingeniería UNLP

Producción y edición: Miguel Títiro - mtitiro@losandes.com.ar