BIONIGENIERIAPROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICAUNIVERSIDAD DE LA COSTA, C.U.C.

MEDICIÓN CON ELECTROENCEFALÓGRAFO

Jaramillo Andrea, Maury Andrés, Pérez Jesús, Romero IvinProfesor Melisa Acosta Coll. Grupo AN. 23-05-2014 Bioingeniería, Universidad de la Costa, Barranquilla

andreaofcolombia@gmail.comamaury3@cuc.edu.co

jesus.perez.gomez06@gmail.comivinma92@gmail.com

RESUMEN Esta práctica permite la interacción educativa con el electroencefalógrafo, el cual es representado por un módulo asociado a una unidad central en el laboratorio. Es así como se podrán modificar parámetros, además de calibrar y comprender de manera minuciosa el funcionamiento y los diferentes dispositivos electrónicos que acompañan dicho equipo. El electroencefalógrafo muestra una representación gráfica de la actividad eléctrica de las neuronas en la corteza cerebral por medio de las variables voltaje Vs. tiempo. Entonces a continuación se presenta procedimiento y resultados correspondientes a la simulación del electroencefalógrafo.

PALABRAS CLAVEElectroencefalógrafo, osciloscopio, actividad eléctrica, corteza cerebral, voltaje, tiempo.

ABSTRACTThis practice allows the educational interaction with the electroencephalograph, which is represented by a module associated to a central unit in the lab. Thus parameters can be modified also to calibrate and minutely understand the operation and different electronic devices that compose this machine. It finally generates in the oscilloscope what medicine diffuses as EEG. This is just a graphical representation of the neurons electrical activity in the cerebral cortex by voltage and time variables. Then It follows a process and results with a simulation about electroencephalograph.

KEY WORDSElectroencephalograph, oscilloscope, electrical activity, cerebral cortex, voltage, time.

1. OBJETIVOS

GENERALComprender la actividad eléctrica en el cerebro humano.

ESPECÍFICOS Entender el fenómeno eléctrico que

ocurre en el cerebro mediante el uso del electroencefalograma (EEG) KL-75004.

Desarrollar habilidades de ingeniería, ciencia y tecnología con el módulo educativo del EEG.

Identificar el comportamiento eléctrico de las neuronas con el efecto visual simulado de las ondas alfa que se muestra en el EEG.

2. INTRODUCCIÓN [1][2]El cerebro es quien coordina todas las actividades del cuerpo humano. Su estudio y entendimiento es de suma importancia para la ciencia. Uno de los dispositivos que permite el estudio del cerebro es el electroencefalógrafo, un instrumento capaz de medir las variaciones eléctricas en función del tiempo que se producen en las neuronas. Generando un registro gráfico de este comportamiento, llamado electroencefalograma (EEG). Con este registro se puede verificar diagnósticos de muchas afecciones neuronales. En esta experiencia se entenderá el fenómeno de la

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actividad eléctrica que ocurre en las neuronas a través del efecto visual simulado de las ondas alfa y con el uso del electroencefalograma (EEG) KL-75004. Además se desarrollarán habilidades de ingeniería, ciencia y tecnología con el módulo educativo del EEG, se obtendrá un EEG mediante los cambios periódicos de onda en el osciloscopio y se interpretarán las formas de ondas mostradas por el EEG.

3. MATERIALES

Unidad KL-72001. Módulo de electroencefalograma (EEG)

KL-75004. Osciloscopio Digital. Conductor de electrodo KL-79101 5. Electrodos. Cables BNC. Conectores de puenteo de 10mm.

4. PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

Se coloca el panel frontal del módulo EEG (KL-75004) en la unidad base KL-72001, en donde se prueban las diferentes configuraciones para desarrollar habilidades de ingeniería, ciencia y tecnología.

Ilustración 1.Módulo KL-75004 EEG

Ilustración 2.

A. CALIBRACIÓN DEL CIRCUITO PRE-AMPLIFICADOR

1) Se configuró el módulo EEG KL-75004 sobre la unidad principal KL-72001 con las siguientes conexiones:

Ilustración 3.

2) Se encendió el módulo.3) Se conectó el positivo del Multímetro

a la salida del pre-amplificador y se conectó el negativo al ELECTRO GND.

4) Se ajustó el offset del potenciómetro para hacer la salida de voltaje indicado por el Multímetro igual a 0.

5) Se apagó y desconectó el circuito

B. MEDICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL FILTRO RECHAZA-BANDA (BRF)

1) Se configuró el módulo EEG KL-75004 sobre la unidad principal KL-72001 con las siguientes conexiones:

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Ilustración 4.

2) Se insertó el puente en la posición 2, correspondiente a la línea local de frecuencia de 60 Hz y se encendió

3) Se aplicó 5Hz, 100mVpp de señal sinusoidal a la entrada ELECTRO1, se ajustó frecuencia y amplitud del FUNCTION GENERATOR y se observó en el canal 1 del osciloscopio.

4) Al observar la salida BRF en el canal 2 se anotan los valores de voltaje.

5) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada, se repiten los pasos 4 y 5 con los demás valores de frecuencia

6) Se muestran en la siguiente tabla:

Input Freq (Hz) BRF Output (Vpp)5 2,810 2,620 2,430 260 1,4

100 2200 2,4500 2,6

1000 2,8Tabla 1.

7) De acuerdo a los datos obtenidos se hace la gráfica BRF:

0 200 400 600 800 10000

0.51

1.52

2.53

Frecuencia (Hz)

Volta

je s

alid

a (V

)

Gráfica 1.

8) Se apagó y desconectó el circuito.

C. MEDICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL FILTRO PASA ALTO (HPF)

1) Se configuró el módulo EEG KL-75004 sobre la unidad principal KL-72001 con las siguientes conexiones:

Ilustración 5.

2) Se aplicó 1KHz, 1Vpp de señal sinusoidal a la entrada HPF, se ajustó frecuencia y amplitud del FUNCTION GENERATOR y se observó en el canal 1 del osciloscopio.

3) Al observar la salida HPF en el canal 2 se anotan los valores de voltaje.

4) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada, se repiten los pasos 3 y 4 con los demás valores de frecuencia que se muestran en la siguiente tabla:

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Input Freq (Hz) BFR Output (Vpp)0,1 0,20,5 0,40,8 0,60,9 0,71 0,722 1,43 1,34

10 1,41000 1,4

Tabla 2.

5) De acuerdo a los datos obtenidos se hace la gráfica HPF:

6)

1 10 100 10000

0.5

1

1.5

Frecuencia (Hz)

Volta

je s

alid

a (V

)

Gráfica 2.

7) Se apagó y desconectó el circuito.

D. MEDICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL AMPLIFICADOR

1) Se configuró el módulo EEG KL-75004 sobre la unidad principal KL-72001 con las siguientes conexiones:

Ilustración 6.

2) Se aplicó 100Hz, 50mVpp de señal sinusoidal a la entrada del amplificador, se ajustó frecuencia y amplitud del FUNCTION GENERATOR y se observó en el canal 1 del osciloscopio.

3) Se ajustó el potenciómetro GAIN a la mínima posición en contra de las manecillas del reloj. Y se anotó la mínima amplitud de la señal de salida del amplificador que se mostró en el canal 2.

4) Se ajustó el potenciómetro GAIN en posición a las manecillas del reloj para obtener la máxima señal de salida. Se registró el voltaje pico a pico en la siguiente tabla:

GAIN POSITION AMPLIFIER OUTPUT VOLTAGE (VPP)

MINIMUM COUNTERCLOCKWISE 0.8

MAXIMUM UNDISTORTED OUTPUT 22.8

Tabla 3.

5) Se apagó y desconectó el circuito.

E. MEDICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL FILTRO PASA BAJA (LPF)

1) Se configuró el módulo EEG KL-75004 sobre la unidad principal KL-72001 con las siguientes conexiones:

Ilustración 7.

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2) Se aplicó 1Hz, 1Vpp de señal sinusoidal a la entrada del LPF, se ajustó frecuencia y amplitud del FUNCTION GENERATOR y se observó en el canal 1 del osciloscopio.

3) Al observar la salida LPF en el canal 2 se anotan los valores de voltaje.

4) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada, se repiten los pasos 3 y 4 con los demás valores de frecuencia que se muestran en la siguiente tabla:

Input Freq (Hz) LPF Output (Vpp)1 7,85 6,610 6,415 6,220 6,425 630 4,850 3,6

100 1,2Tabla 4.

5) De acuerdo a los datos obtenidos se hace la gráfica LPF:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 9010002468

10

Frecuencia (Hz)

Volta

je s

alid

sa (V

)

Gráfica 3.

6) Se apagó y desconectó el circuito.

F. MEDICIONES DEL EEG USANDO EL OSCILOSCOPIO

1) Se configuró el módulo EEG KL-75004 sobre la unidad principal KL-72001 con las siguientes conexiones:

Ilustración 8.

2) En el módulo EEG KL-75004 se insertaron los puentes en las posiciones 2, 3, 4, 5 y 6.

3) Se aplicó una apropiada cantidad de conductividad eléctrica a cada electrodo.

4) Se limpiaron las zonas donde van los electrodos con alcohol y se colocaron en la parte occipital, frontal y en el lóbulo de la oreja A1.

Ilustración 9.

5) Se conectaron los electrodos al conductor KL-79101 5, para el occipital 1, para frontal 2 y 5 para A1.

6) Se encendió la unidad central y se seleccionó el módulo EEG.

7) Se le pidió al sujeto que se sentara confortablemente, mirara hacia el frente y se quedara quieto.

8) Se aseguró que el pre-amplificador el amplificador estuviesen calibrados.

9) Se configuró el control del VOL/DIV del canal 1 a 500mV/div y el

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TIME/DIV a 250ms/div. (Para este procedimiento se utilizó 100 ms/div)

10) Se le pidió al sujeto parpadear cinco veces en intervalos de un segundo. Se observó y registró la gráfica de la onda:

Ilustración 10.

Como se puede observar en las gráficas mostradas por el osciloscopio, las ondas generadas al momento de parpadear, son de amplitud baja, esto nos muestra que según lo explicado en la teoría, el paciente está en una situación de excitación, obviamente debido a la dilatación continua de las pupilas para determinar los cambios de iluminación. A este tipos de ondas se le conoce como ondas betas, y están en los rangos de los 14 Hz, y como se puede observar, la frecuencia que maneja estas graficas esta alrededor de los 10 Hz (esto se determina mediante

f = 1T

= 10.1 s

=10Hz).

11) Para observar las ondas alfa en las señales EEG:

a. Se le pidió al sujeto abrir los ojos por cinco segundos. Se observó y registró la gráfica:

Ilustración 11.

En este caso se muestra que las ondas generadas presentan una amplitud considerable, corroborando el tipo de onda que se desea, ondas alfas. Estas ondas determinan que el paciente está despierto y relajado, la frecuencia en la que trabajan este tipo de ondas está entre los 8Hz a los 13Hz, y como se comprobó anteriormente esto se cumple en la gráfica obtenida

a. Se le pidió al sujeto cerrar los ojos por cinco segundos. Se observó y registró la gráfica:

Ilustración 12.

En este último caso se observa que la amplitud sigue siendo considerable pero se generan menos fluctuaciones (menos frecuencia) en las gráficas, esto debe ocurrir por que el paciente está en un estado más relajado (al estar con los ojos cerrados) por lo que la gráfica presenta este comportamiento.

12) Se apagó y desconectó el circuito.

CONCLUSIONES[3] Con esta experiencia, se logró comprender el funcionamiento básico de un electroencefalograma (EEG); se logró determinar cuáles son las partes que lo componen. También se entendió el funcionamiento eléctrico cerebral, comprobando las señales que el cerebro manda cuando esta relajado o excitado.

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Además se pudo ver que al estar relajado el cuerpo lo realiza mejor estando con los ojos cerrados que abiertos, esto es claro ya que de los ojos recibimos gran parte de la información del exterior, y al tenerlos cerrados pues se puede disminuir esta cantidad y el cerebro puede entrar más cómodo en un estado de relajación. Por último se cumplió con todos los objetivos planteados en la práctica, dándonos bases para nuestro crecimiento como ingenieros.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS[1] E. A. Delamonica, Electroencefalografía.

Librería «El Ateneo» Editorial, 1977.[2] A. J. Rowan y E. Tolunsky, Conceptos

Basicos Sobre EEG. Elsevier España, 2004.

[3] H. Fischgold y C. Dreyfus-Brisac, Cómo interpretar un electroencefalograma. Daimon-Manuel Tamayo, 1962.