Dispositivo mecánico y electrónico para la presentación de superficies con diferentes texturas al tacto.

El dispositivo construido incluye una plataforma giratoria dotada de 12 huecos de acoplamiento para insertar estímulos con diferentes texturas y presentarlos a la yema del dedo del sujeto. La velocidad de giro de la plataforma puede controlarse en un rango amplio (desde 0.029 rad/seg hasta 0.41 rad/seg) mediante un servomotor de corriente continua. Un conjunto de clavijas y sensores fotoeléctricos permite identificar los estímulos y enviar señales de sincronización que señalan el inicio de la exploración táctil a dispositivos externos como pueden ser equipos de registro electroencefalográfico. Las señales eléctricas de sincronización se componen de un código de cuatro bits que se almacena temporalmente en buffer para ser enviados al dispositivo externo en el preciso momento en que el estímulo toca la yema del dedo del perceptor

Dispositivo para la presentación de estímulos táctiles con registro concurrente del EEG.

Sector de la técnica

Área científica: Investigación experimental en Psicología del Tacto y Neurociencia (electroencefalografía).

Sector de Actividad: Dispositivo mecánico y electrónico para la presentación de superficies con diferentes texturas al tacto. El dispositivo permite su conexión con equipos externos (de Electroencefalografía -EEG- o cualquier otro dispositivo electrónico que admita señales digitales de entrada).

Estado de la técnica

Una parte considerable del progreso realizado en la investigación en Psicología del Tacto ha sido el resultado del desarrollo de nuevos dispositivos mecánicos y electrónicos así como de la disponibilidad de una gran variedad de materiales con interesantes características físicas para su utilización en la investigación del tacto. Estos nuevos dispositivos (Automated Tactile Delivery Systems) han sido diseñados para presentar estímulos al tacto de forma controlada. Por otra parte, los nuevos materiales desarrollados tienen propiedades especiales que permiten estimular diferentes sub-sistemas del tacto de forma diferenciada (v.g., el Ionic Polymer Metallic Composite -Konyo, et al., 2000-; Konyo et al., 2003-; los fluidos electro-reológicos -Kenaly y Cutkosky, 1989-; o las aleaciones de metales que conservan memoria de la forma).

El dispositivo objeto de esta patente está diseñado para presentar superficies táctiles mediante el movimiento real del estímulo (en contraposición al movimiento simulado de otros dispositivos). En este campo se han descrito varios dispositivos. Así, por ejemplo, Jiang y colaboradores (1997) utilizaron un tambor como estimulador táctil. Este tambor disponía de diferentes superficies con puntos que sobresalían de la misma y cuya protrusión variaba desde 2 mm hasta 5 mm. La velocidad de rotación del tambor se podía variar desde 53 mm/s a 105 mm/s. También se podía controlar la fuerza que el tambor ejercía sobre la piel estimulada. Essick y colaboradores (1999) utilizaron un dispositivo compuesto por un brazo mecánico diseñado para presentar estímulos a la mejilla de los perceptores. El dispositivo permitía controlar dos ejes de movimiento: anterior-posterior y arriba-abajo. La velocidad del estímulo se podía variar entre los valores 0.5, 5 ó 50 cm/s. Los mecanismos anteriormente citados permiten presentar superficies de forma controlada al sistema táctil en estudios fisiológicos y psicofísicos (Tiest y Kappers, 2006, 2007, 2008) y, además, permiten estudiar la percepción táctil utilizando técnicas de neuroimagen o registros electrofisioiógicos. Un ejemplo de la utilización combinada de estimuladores táctiles y técnicas de neuroimagen la encontramos en el sistema Helix que permite presentar varias combinaciones estimulares sobre la piel mediante un cilindro de movimiento lateral (Ingeholm et al., 2006). Otro ejemplo es el Dodecapus, un sistema pneumático utilizado para presentar bocanadas de aire en diversos lugares de la superficie corporal (Huang y Sereno, 2007). De forma similar, se han desarrollado varios estimuladores táctiles que permiten su utilización simultánea con el registro magnetoencefalográfico (Hoechstetter et al., 2002). En relación al trabajo con potenciales evocados (Event-Related Potentials o ERP), Gillmeister y Eimer (2007) han utilizado recientemente un solenoide que se sujeta a la segunda falange del dedo índice registrando simultáneamente el ERP mediante la sincronización de las señales enviadas al estimulador (solenoide) y el registro electroencefalográfico.

Ninguno de los dispositivos mencionados ha sido diseñado específicamente para permitir la presentación de superficies al tacto que puedan variar en diferentes dimensiones táctiles (e.g., textura o dureza) y que permitan el registro concurrente de variables electroencefalográficas. El dispositivo objeto de esta patente viene a cubrir esta carencia. Un aspecto clave del dispositivo diseñado ha sido poder lograr una perfecta sincronización entre la presentación del estímulo y el registro del potencial eléctrico en diversos lugares del cuero cabelludo. Gillmeister y Eimer (2007) solventaron este problema utilizando estímulos muy sencillos controlados eléctricamente. En nuestro caso, hemos diseñado un dispositivo que permite utilizar estímulos que pueden variar en diversas dimensiones estimulares (rugosidad, deslizamiento, dureza, entre otras).

Bibliografía

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Essick, G. K., James A., McGlone, F. P. (1999). Psychophysical assessment of the affective components of non-painful touch. Neuroreport 10,2083-7.

Gillmeister, H. y Eimer, M. (2007). Tactile enhancement of auditory detection and perceived loudness. Brain Res. 1160.58-68.

Hoechstetter, K., Meinck, H. M., Henningsen, P., Scherg, M. y Rupp, A. (2002). Psychogenic sensory loss: Magnetic source imaging reveals normal tactile evoked activity of the human primary and secondary somatosensory cortex. Neurosci Lett. 323,137-40.

Huang, R. S. y Sereno, M. I. (2007). Dodecapus: An MR-compatible system for somatosensory stimulation. Neuroimage, 34,1060-73.

Ingeholm, J. E., Dold, G. R., Pfeffer, L. E., Ide, D., Goldstein, S. R., Johnson, K. O. y Van Boven, R. W. (2006). The Helix: a multi-modal tactile stimulator for human functional neuroimaging. J Neurosci Methods, 155,217-23.

Jiang, W, Tremblay, F. y Chapman, C. E. (1997). Neuronal encoding of texture changes in the primary and the secondary somatosensory cortical areas of monkeys during passive texture discrimination. J Neurophysiol. 77,1656-62.

Kenaley, G. L. y Cutkosky, M. R. (1989). Electrorheological fluid-based robotic fingere with tactile sensing. Proc IEEE Int Conf On robotics & Automation, Scottsdale. Pp 132-136.

Konyo, M., Akazawa, K., Tadokoro, S. y Takamori, T. (2003). Tactile Feel Display for Virtual Active Touch, Proc. IEEE/RSJ Intl. Conf. On Intelligent Robots and Systems, 3744-3750.

Konyo, M., Tadokoro, S., Takamori, T. y Oguro, K. (2000). Artificial tactile feel display using soft gel actuators. Proc. IEEE ICRA, 3416-3421.

Tiest, B. y Kappers, A. M. (2006). Analysis of haptic perception of materials by multidimensional scaling and physical measunements of roughness and compressibility. Acta Psychol (Amst). 121,1-20.

Tiest, B. y Kappers A. M. (2007). Haptic and visual perception of roughness. Acta Psychol (Amst), 124,177-89.

Tiest, B. y Kappers A. M. (2008). Thermosensory reversal effect quantified. Acta Psychol (Amst). Jan; 127, 46-50.

Descripción de la invención

En la medida de nuestro conocimiento, no existe actualmente un dispositivo capaz de presentar estímulos con textura al tacto y que permita registrar simultáneamente y de forma sincronizada variables electroencefalográficas. Para solucionar este problema hemos diseñado un dispositivo (de aquí en adelante, Spinning Wheel o SW) compuesto por dos partes principales: una plataforma circular giratoria y una interface que controla la plataforma y adapta las señales eléctricas que se envían al sistema de registro del EEG. La plataforma giratoria es un disco de metacrilato negro que gira en el plano horizontal y que dispone de dieciséis huecos integrados en la parte superior de la misma en donde se aseguran los estímulos mediante tomillos de fijación. Debajo de la plataforma existen un conjunto de clavijas que codifican el estímulo en función de su posición en la plataforma. Cada conjunto de clavijas se leen mediante una matriz lineal de sensores fotoeléctricos que generan un código binario que es almacenado en una memoria transitoria (buffer) antes de ser enviado al dispositivo de registro...

1. Dispositivo mecánico y electrónico caracterizado por permitir la presentación de estímulos táctiles con registro concurrente del EEG que consiste en una plataforma giratoria para la presentación de estímulos táctiles con sincronización del momento de inicio del contacto de la yema del dedo del perceptor con el estímulo (Figura 1). La plataforma giratoria está compuesta por dieciséis huecos diseñados específicamente para insertar los estímulos táctiles en esas posiciones. Cada uno de estos huecos dispone de una clavija (c) y un fotosensor (e), véase la Figura 3, que dispara la señal almacenada en el buffer para poder ser utilizada por dispositivos externos (por ejemplo, Thermode, Neuroscan u otros). Tarjeta para el control electrónico de la velocidad de giro (Figura 4). Dicha tarjeta gestiona, además, la generación y envío de los impulsos de sincronización a los dispositivos extemos.

2. Dispositivo para presentar estímulos táctiles con registro concurrente del EEG, según la reivindicación 1, caracterizado por constar de un sistema de codificación de la identidad de los estímulos compuesto por cuatro clavijas para cada una de las dieciséis posiciones estimulares. Dichas clavijas (f) están situadas en la parte inferior de la plataforma giratoria (Figura 2), debajo de cada hueco donde se sitúan los estímulos táctiles. Tarjeta electrónica para almacenar temporalmente (buffering) el código digital enviado por el sistema de codificación (Figura 5).