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Experimento: Neuroprótesis avanzada: quitarle el libre albedrío a una persona

¿Alguna vez has querido perder tu libre albedrío? O, es más, alguna vez le has querido quitar el libre albedrío a alguien? Ahora puedes hacerlo, con el nuevo experimento "Interfaz Humano-Humano."

Tiempo 2 horas
Dificultad Avanzado

¿Qué vas a aprender?

En esta continuación de 1) El experimento de nueroprótesis y 2) el experimento de Muscle SpikerShield , aprenderás a usar las señales de tus músculos para activar otros dispositivos, específicamente en este caso, un TENS (transcutaneous electrical nerve stimulator en ingles, y Electroestimulación percutánea en español) para estimular y contraer el músculo de otro humano.

Prácticos Requeridos


Antecedentes

Nota: Una unidad de TENS por definición entrega la suficiente corriente para causar la contracción de un músculo. No pongas tus electrodos en el pecho o en la garganta Este experimento es apropiado para estudiantes de universidad. En el caso de estudiantes de colegio, se requiere la supervisión de un adulto.

Hemos discutido previamente lo que es una "neuroprótesis": es el diseño de una máquina que hace una interfaz con neuronas vivas para controlar un aparato o para hacer una sustitución sensorial. Pero ¿qué pasa con los músculos? Si una persona tiene daño en sus nervios espinales, los músculos pueden ser estimulados directamente, y esta línea de investigación se llama "estimulación eléctrica funcional".

Por ejemplo, estimulación funcional se puede usar para ayudar a alguien a ponerse de pie, o para mejorar la caminata al balancear un pie hacia adelante.

Además, si alguien tiene un miembro artificial, como una mano robótica, puede usar la actividad eléctrica generada por la señal electromiográfica de sus músculos pectorales para controlar los motores y sistemas en la mano robótica. Un ejemplo notable es Jesse Sullivan, que perdió sus. brazos mientras hacía una instalación eléctrica. También existe una empresa llamada RSLSTEEPER que ha desarrollado un brazo biónico llamado "bebionic3", y que funciona bajo principios muy similares, pero usa la actividad muscular en el muñón del amputado para controlar los movimientos de muñeca y mano.

Relación con RoboRoach

Fans de nuestro RoboRoach nos han preguntado varias veces: "¿Cuándo podemos ver esto en humanos?" Respondimos esta petición de los clientes con nuestra invención"Sociedad". Pero muchos quedaron insatisfechos. Querían algo más directo.

Por otro lado, detractores del RoboRoach varias veces nos han preguntado: "Te gustaría que alguien te controlara a ti usando estimulación eléctrica?" Ahora, después de meses en nuestro laboratorio de investiación, finalmente tenemos una respuesta, y la respuesta es...

"...depende.""

Si te cae bien la persona que te controla, el sentimiento puede ser bien agradable.

Downloads

Tu Arduino HHI viene con su código cargado. Si quieres usar ese Arduino para otros proyectos, si sin querer presionas el botón reset, o te gustaría ajustar los umbrales, tendrás que volver a subir el código! Puedes hacer esto con el código de Arduino. Si eres nuevo con Arduino y necesitas aprender cómo subir el código, revisa esta guía.

Baja nuestro sketch de Interfaz Humano-Humano para Arduino (.ino). Revisa los comentarios para tener acceso a saber cómo funciona esta máquina.

Video

Procedimiento del experimento

Configuración

La persona que controla

  1. Conecta el cable naranja al SpikerShield.
  2. Pon dos electrodos de EMG en el antebrazo, y uno en el dorso de la mano, y conecta los cables EMG usando los cocodrilos. Los cocodrilos rojos van en el músculo del antebrazo, y el negro en el dorso de la mano.
  3. Ahora, haz que la persona que controla flexione los músculos del antebrazo.Con una flexión lo suficientemente fuerte, la persona que controla debería poder prender todas las luces LED, igual que en el experimento de Muscle SpikerShield.

    **Nota** Presiona el botón blanco que está directo abajo de los LEDs, para cambiar el nivel de sensibilidad, y que sea más difícil o más fácil prender las luces.

Ahora estás listo para conectar al "Humano Controlado."

La persona controlada
  1. Primero, tienes que poner la frecuencia de tu aparato TENS. Como puedes ver, lo configuramos a 10 Hz de frecuencia, y seteamos una duración de pulso de ~50-80 ms.
  2. Pon dos electrodos de superficie para EMG cercanos entre ellos, a través del nervio ulnar. Este nervio sube por la parte de atrás de tu antebrazo. Recomendamos poner los electrodos justo despés del codo en la parte de atrás del antebrazo, pero puedes experimentar con la posición. Cualuqier parte en el antebrazo probablemente va a incitar una respuesta.
  3. Conecta los header macho del cable Tens al output estimulador del SpikerShield de Músculos.
Tomando el control
  1. La unidad TENS que viene incluida con la HHI tiene dos canales, pero solo vamos a usar uno. Recuerda a que lado conectaste tu cable; vas a usar la perilla para controlar la ganancia o poder que el aparato TENS va a expulsar.
  2. Ahora, comienza con el aparato TENS prendido en la configuración más baja, y haz que la persona que controla contraiga su brazo. Cuando la luz roja del grupo de LEDs se prenda, el circuito se va a activar y el aparato TENS va a mandar una estimulación a la persona controlada. Pero... como pusimos la configuración más baja probablemente no puedas ver una reacción.
  3. Pídele a la persona que controla que siga contrayendo, y lentamente empieza a subir el poder del aparato TENS hasta que veas una respuesta. Lo más típico es ver una respuesta en la configuración 3-5.
  4. ¡Disfruta! La persona que controla tiene un poder absoluto sobre el brazo de la persona controlada... Por ahora...
  5. Para desarmar el experimento, primero apaga el aparato TENS completamente. Después, haz que la persona que controla se quite los electrodos, y finalmente libera a la persona controlada de sus cables.
  6. **Importante** Si la persona controladora se saca sus electrodos antes de que el aparato TENS esté apagado o antes de que la persona controlada se saque los cables, se provocará un corto circuito y mandará estímulos constantes e imparables a la persona controlada. ¡Evita esto!

¡Feliz hackeo! Avísanos a qué vas a conectar las señales de tus músculos. Deja ir tu mente hasta que se te ocurra algún invento.

Preguntas comunes

Recibimos muchas preguntas sobre este experimento, y juntamos aquí las más importantes.

  • ¿Puedes obtener un control más completo, como por ejemplo, un miembro entero? Este experimento funciona porque el nervio ulnar está justo debajo de la superficie de tu piel en tu antebrazo y codo, y es muy fácil de estimular. Poner los electrodos en otros lugares estimula más los músculos que los nervios. Aunque alguien podría poner más pares de electrodos a través del brazo, los movimientos siempre van a verse bruscos y torpes debido a los umbrales de estimulación y las distintas fibras musculares que se activan.
  • Puedes controlar una persona usando ondas de cerebro (EEG) envés de actividad eléctrica del músculo (EMG)? Algunos grupos de investigación han tenido éxitos con experimentos similares, pero la configuración es más complicada y susceptible a falsos positivos. EMG es mucho más fácil de amplificar y usar esa señal para controlar cosas.

    Solución de Problemas

    Si tu aparato no está funcionando, prueba estas soluciones

  • Si los LEDs no se están prendiendo, y/o si solo se prende una luz roja, puede que accidentalmente hayas reseteado tu Arduino. Si esto pasa, vuelve a subir tu código al Arduino. Mira en la sección de descargas para las instrucciones.
  • Si no logras que se prendan todos los LEDs cuando flexionas, hay dos opciones: 1) reposiciona los electrodos de músculos - 2) baja los umbrales en el código.

    Ideas para ferias de ciencia

  • Esta configuración es solo de un canal, pero puedes apilar más SpikerShields de Músculos para tener tres canales de input analógicos (y nuestra unidad de TENs tiene dos canales de output!). Si tienes dos grados de control de output y tres señales de input de control , crees que puedes lograr movimientos más sofisticados?
  • Hemos notado que algunas personas responden a menos o a más estimulación que otras. ¿Qué factores medibles crees que son los que están afectando ese umbral de respuesta cuando el nivel de estimulación es el mismo? ¿Edad? ¿Genero? ¿Qué tan seguido hacen ejercicio? ¿Si están cansados o no?
  • ¿Qué otros movimientos crees que puedes inducir con la Interfaz Humano-Humano? Recuerda considerar las advertencias que hicimos arriba sobre el uso correcto de un aparato TENS. Algunas sugerencias- el nervio mediano (otro nervio en tu brazo), el reflejo rotuliano (tu pierna se mueve cuando le pegas al centro de tu rodilla), o intentar de mover dedos individuales.
  • La estimulación de los músculos con el TENS, aunque es interesante, no es tan elegante ni fluido como los movimientos naturales que puedes hacer con tus movimientos voluntarios. ¿Por qué crees que pasa eso? ¿cómo compararías los dos en un experimento? ¿Cuáles crees que serían. más fuertes? tus movimientos naturales, o aquellos inducidos por la gran cantidad de corriente que viene del TENS??
  • Aunque este demo de neuroprótesis es entretenido para la sala de clases y el público ¿qué se requeriría para hacer este aparato útil en una clínica? Hemos hecho bromas carismáticas sobre controlar a otros humanos en este experimento, pero qué crees que se requiera para controlar movimientos completamente?