Tecnicas de Registro Psicofisiológico

 

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Fundamentos del Registro psicofisiológico El instrumento esencial de registro psicofisiológico es el polígrafo. En este que aparece en la gráfica se muestran las distintas formas de conexión para los accesorios necesarios para el registro de diversas respuestas.

Observe con cuidado esta gráfica:

 

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Para captar la señal se cuenta con tres tipos de conectores: conectores tipo DIN, conectores tipo BNC y conectores tipo BioAmp.

Conectores tipo DIN: Este conector permite la entrada de una gran cantidad de señales. En la imagen anterior corresponden a los canales 1 y 2 del polígrafo 15T o a los canales 1 al 4 del polígrafo 26T.

Conectores tipo BNC: Son de amplio uso y habitualmente son utilizados para cables coaxiales, comunes en diversos aparatos electrónicos. Permiten la entrada medie algún amplificador externo.de señales en el rango que va desde los microvoltios ( μV) hasta ±10 V sin que

PRINCIPIOS DE INSTRUMENTACIÓN FISIOLÓGICA

Componentes Component es en uunn sistema ddee in instrumentación strumentación  Antes de obtener un registro fisiológico, fis iológico, ya sea en papel o en la pantalla de un computador, es necesario que la señal de origen (el fenómeno biológico como tal) pase por una serie de distintos eventos con el fin de obtener una representación apropiada para la interpretación del fenómeno que se lo más fiel posible al proceso original.

 

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Como se ve en la parte superior del diagrama, los elementos de esta cadena de procesos serán: 1.  El fenómeno fisiológico como tal (actividad eléctrica cardiaca, onda de pulso, etc…) 2.  El transductor. 3.  El acondicionador de señal. 4.  El polígrafo. 5.  El computador y su monitor.  Así mismo, mismo, en la parte in inferior ferior se pued pueden en apre apreciar ciar lo loss proce procesos sos que se real realizan izan en cada ppaso: aso: 1.  Señal analógica (fenómeno fisiológico). 2.  Transducción. 3.   Acondi  Acondicionami cionamiento ento de la señ señal: al: que involu involucra cra var varios ios ele elementos mentos ssiendo iendo llaa amplif amplificación icación y el fil filtrad trad 4.  5.  6. 

oMuestreo. los más importantes. Conversión análogo-digital (AD). Representación gráfica y almacenamiento.

El comprender las características fundamentales de cada uno de los puntos anteriores nos permitirá obtener mejores registros en nuestros experim experimentos entos de fisiologí fisiologíaa y es por ello que se ofrecen a continuación los elementos más relevantes a cada uno.

Tipos de señales Una señal es un fenómeno que lleva información y por supuesto las respuestas que se estudian en la psicofisiología son bastante variadas. Las señales que más frecuentemente podemos encontrar, se pueden clasificar de distinta forma: Por origen de la señal: Bioeléctricas Bioimpendancias. Bioacústicas. Biomagnéticas. Biomecánicas. Bioquímicas. Bioópticas.

 

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Por aplicación biomédica: Cardiofisiología Neumofisiología Hematofisiología Etc…

Por características de la señal:

Por las características de la señal encontramos básicamente las señales continuas y las señales discretas. Estas primeras son descritas por funciones que proveen información sobre la señal en cualquier punto, mientras que las segundas son secuencias que ofrecen información de regiones discretas en un momento determinado. La mayoría de las señales fisiológicas son continuas y se suelen llamar por su carácter como señales analógicas. Por otra parte, los dispositivos electrónicos (como un polígrafo digital) convierten estas señales analógicas en señales discretas; por la forma como son procesadas en los computadores suelen llamarse estas señales como señales digitales.  Así señales pueden un valor en cualquier momento del fenómeno, mientras que que las las digitales sonanalógicas datos tomados dedarnos las primeras señales a través de un proceso conocido como muestreo. En un computador convencional, esa información será compilada a través del sistema binario (ceros y unos) y en un proceso posterior reconvertida para generar un trazado como la señal analógica original. Una clasificación que puede aplicarse tanto a señales continuas como discretas es la esta:

 

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De manera general, las señales deterministas pueden ser descritas exactamente de manera matemática o gráfica porque se puede predecir su comportamiento de manera total; mientras que las señales estocásticas no se pueden predecir pues parte de su comportamiento no se conoce a cabalidad por lo que involucra algún grado de incertidumbre por lo que son expresadas en términos de probabilidades.

En las siguientes tablas se resumen las características de diversas señales que se estudian en la psicofisiología:

Señales no bioeléctricas:

Señales no bioeléctrica bioeléctricass Balistocardiografía Flujo sanguíneo Fonocardiografía Fuerzas gastrointestinales Función ventilator ventilatoria ia Neumotacografía Frecuencia ventilatoria Volumen tidal 

Adquisici Adquisición ón

Rango de frecuencia en Hz

Rango dinámico

 Acelerómetro, galg  Acelerómetro, galgaa extensiométrica extensiométrica Desplazamiento Flujómetro (electromagnético (electromagnétic o o ultrasónico) Micrófono

dc-40 dc-40 dc-20 5-2000

Desplazamiento

dc-1

0-7 mg 0-100 µm 1-300 ml/s 80 dB, umbral aproximado de 100 µPa 1-50 g

Cabezal de flujo o neumotacógrafo Galga extensiométrica en tórax, impedancia o termistor nasal Cabezal de flujo o neumotacógrafo

dc-40 0.1-10

0-600 L/min 2-50 ventilaciones/min

0.1-10

50-1000 mL/ventilación

Gases sanguíneos PO2  PCO2  PN2  PCO 

Gasto cardíaco pH gástrico pH sanguíneo Pletismografía (∆ volumen)

Dilución o flujómetro Electrodo específico Electrodo específico Cámara de desplazamiento o ∆ impedancia

dc-20 dc-1 dc-2 dc-30

30-100 mmHg 40-100 mmHg 1-3 mmHg 0.1-0.4 mmHg 4-25 L/min 3-13 unidades pH 6.8-7.8 unidades pH Varía con el órgano

Circulatoria Presión gastrointestinal Presión sanguínea

Cámara de desplazamiento o ∆ impedancia Galga extensiométric extensiométrica a manómetro

dc-30 dc-10

0-30 mL 0-100 cm H2O

Galga extensiométrica manómetro  Auscultación  Auscultación Galga extensiómétrica Galga extensiómetric extensiómetricaa manómetro Electrodos de superficie

dc-50 dc-60 dc-50 dc-10 Dc 0.01-1

10-400 mmHg 25-400 mmHg 0-50 mmHg 1-100 cm H2O 1-500 kΩ 

Directa (arterial) Indirecta (Arterial) Venosa 

Presión vesical Respuesta galvánica en piel

Electrodo específico (volumétrico o manométrico)

dc-2

 

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Señales bioeléctricas: Señales bioeléctricas

Adquisición

Rango de frecuencia en Hz

Rango dinámico

Observaciones

Electrocardiograma EKG de alta frecuencia Electrocorticograma

Electrodos de superficie Electrodos de superficie Electrodos de aguja

0.01-250 100-1000 100-5000

0.5-10 mV 100 µV-2 mV 10-5000 µV

Electroencefalograma (EEG)

Electrodos de superficie

0.5-150 0.5-4 4-8 8-12 13-22 6-15 12-14

2-300 µV

Potenciales de superficie craneal

50-100 µV 100-200 µV

Descargas de 0.2-0.6 s

dc-1 dc-1

10-1000 µV 0.5-80 mV

500-10000 5-10000

1-10 mV 100 µV-2 mV

Rango delta Rango theta Rango alfa Rango beta Husos del sueño Complejos K 

Electrogastrografía

Electromiografía de aguja

Electrodos de superficie piel Electrodos de superficie gástrica Electrodos de aguja

Fibra única Potencial de acción de unidad motora 

Electromiografía de superficie

Electrodos de superficie

Electroneurograma (ENG)

Electrodo de aguja

2-500 0.01-1 100-1000

Electro-oculograma (EOG) Electro-retinograma (ERG)

Electrodo de superficie Microelectrodo

Potencial de acción (PA)

Microelectrodos

Potenciales evocados

Electrodos de superficie

Músculo esquelético Músculo liso 

Visuales Somatosensoriales  Auditivos 

Registro de encéfalo expuesto

Descargas en fase II de sueño

Potenciales de acción fibra motora

50 µV-5 mV 5 µV-10 mV

Potencial de un fascículo nervioso

dc-100 0.2-200

10 µV – 5 mV 0.5 µV – 1 mV

Potencial retino-corneal

100-2000

10 µV – 100 mV

1-200 2-3000 100-3000

0.1-20 µV 1-20 µV 0.5-10 µV

Potencial evocado por un flash Medida invasiva del potencial de membrana celular Potenciales encefálicos rta a estim Registro occipital 200 ms duracion Córtex sensorial Registros en vértex

Transducción de la señal Los procesos de transducción implican convertir una forma de energía a otra. Nuestros receptores sensoriales corporales se comportan como transductores en cuanto convierten fenómenos físicos medioambientales medioambienta les en información interna (bioeléctrica). En el caso de la instrumentación fisiológica, los transductores también convierten fenómenos de diferente naturaleza (presión, desplazamiento, aceleración, sonido, absorción lumínica, etc) en una señal eléctrica, cuyo valor es en voltios.

Según el principio en el que se fundamenten los transductores pueden dividirse en varias clases entre los que destacan:

 

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Desplazamiento. Inductivos. Capacitivos. Piezoeléctricos. Térmicos. Resistivos.

Estos últimosésta, resultan de los más laspor aplicaciones y se obasan en la leyasí de Ohm. Según los cambios en elfrecuentes voltaje seen dan variacionesfisiológicas en la corriente la resistencia; que si se aplica a un sistema una corriente constante y conocida, se puede disponer una resistencia en un transductor que al modificarse por el fenómeno fisiológico generará cambios en el voltaje. Esa señal de voltaje se dirigirá hacia el acondicionador de señal para modificaciones de amplificación y filtrado antes de ingresar al polígrafo propiamente dicho.

Acondicionamiento Una vez que tenemos la señal eléctrica desde el transductor, resulta importante realizar sobre ésta unas modificaciones que pueden incluir la amplificación o el filtrado. En el caso particular de fenómenos como la actividad eléctrica cardiaca, las señales origen pueden ser de alrededor de 1 mV, lo que requiere un proceso de amplificación hacia los voltios que permitirán su manipulación en el polígrafo.

Filtrado de la señal Cuando el transductor toma la señal origen del evento fisiológico es altamente probable que otras señales “parasiten” el registro. Este tipo de fenómeno suele denominarse ruido eléctrico y como se entenderá, interfiere con el análisis que se hace sobre la señal; por esta razón es deseable manipular la información y filtrar lo que queremos de lo que no queremos. Aquí aparece la figura de filtro como un dispositivo para “purificar” la señal; sin embargo, es bueno aclarar por un lado que esa limpieza no es perfecta (pueden quedar señales parásitas) y por el otro que al eliminar componentes de la señal origen se pueden eliminar elementos del fenómeno a estudiar. En términos generales, se puede clasificar en: Filtros pasa‐alto: Permiten el paso de frecuencias de señal por encima de un valor determinado. Por ejemplo, un pasa alto de 2 Hz permite el paso de señales con una frecuencia superior a 2 Hz. Filtros pasa‐bajo: Permiten el paso de frecuencias de señal por debajo de un valor determinado. Por ejemplo, un pasa bajo de 1000 Hz permite el paso de señales con una frecuencia inferior a 1000 Hz. Filtros pasabanda: Permiten el paso de un rango de frecuencias de señal. Por ejemplo un pasabanda 40 ‐60 permitirá el paso de señales desde los 40 Hz hasta los 60 Hz. Existen también unos filtros anulabanda o “Notch “ Notch filter ” cuya función es impedir el paso de una frecuencia específica. Uno de los más comunes y que usted encontrará en el polígrafo Powerlab es el de 60 Hz, es decir, bloquea el paso para señales de 60 Hz. La razón de su utilidad es que esta

 

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frecuencia corresponde a la frecuencia de oscilación de las fuentes de voltaje convencional y por ello, frecuentemente frecuentemen te suelen parasitar los registros.

Frecuencia de muestreo Una vez que la señal ha sufrido los procesos de acondicionamiento pertinentes, el polígrafo realiza la conversión de una señal continua hacia una discreta. Para hacerlo, básicamente toma muestras a intervalos regulares para su posterior almacenamiento en un proceso denominado muestreo (en inglés sampling). sampling ).

En la imagen se representa un fenómeno identificado por la línea roja y una serie de muestras que se toman en los puntos marcados con los cuadrados azules. La importancia de saber cuándo tomar muestras radica en que, como en el ejemplo, si se toma las muestras con una frecuencia inadecuada, la señal obtenida será errónea. El fenómeno producido se conoce como Aliasing como  Aliasing y consiste en una frecuencia de muestreo inferior a la frecuencia de la señal lo cual conduce a construcciones erradas del fenómeno (representado en azul en la gráfica). Con el ánimo de evitar este problema se postula el Criterio de Nyquist, por medio del cual las frecuencias de muestreo deben ser superiores al doble de la frecuencia máxima de la señal en estudio.  Así que si una señal tiene una frecuencia máxima de 100 Hz, la frecuencia mínima de muestreo para evitar el aliasing será de 200 Hz. En algunas ocasiones se habla del Criterio modificado que va de 5 a 10 veces la frecuencia máxima de la señal. Sin embargo, las excesivas frecuencias de muestreo no mejorarán las características del registro pero si pueden saturar el sistema de almacenamiento y procesamiento de la señal.

Ancho de codificación Habitualmente encontramos sistemas de poligrafía que ofrecen grandes capacidades para el trabajo de laboratorio. Uno de los indicadores para evaluar estos sistemas es el ancho de codificación que consiste en el cambio más pequeño que puede ser detectado por el sistema poligráfico y básicamente depende de tres variables: la resolución, el rango y la ganancia. Resolución: es uno de los determinantes más importantes del ancho de codificación y determina cuántos cambios de voltaje diferentes pueden ser medidos. Este parámetro no es modificable por el usuario ya que se encuentra establecido establecido por los elementos intrínsecos al hardware. La variable de cálculo es el número de bits; así por ejemplo una tarjeta de 2 bits tendrá la siguiente resolución:

 

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Resolución = 2#bits = 22 = 4. Así que esta tarjeta tendrá una representación máxima de 4 niveles. En el mercado se pueden conseguir tarjetas de 12 bits o, como es el caso del Powerlab, de 16 bits.  Así que la resolución resolución será de: 216 = 65536 niveles. Rango: corresponde a los valores mínimo y máximo que pueden ser digitalizados. Habitualmente 0 a 10 V ó ‐10 a +10 V. Ganancia: constituye un elemento de aumento de la señal base y al igual que el rango puede ser modificado por el usuario. Los tres elementos anteriores se utilizan para calcular el ancho de codificación de la siguiente manera:

 Así que una tarjeta tarjeta Powerlab, con un rango de 10 V y una ganancia ddee 1 tiene un anc ancho ho de codifica codificación ción de:  Ancho de codificación codificación = (1 (100 V)/(1*216) = 0,15 mV