Marco de Adquisición de Señales Electroencefalográficas para Neurodiversos: Un Estudio de Caso de Terapia Asistida con Delfines

Resumen

Aquí presentamos un protocolo para adquirir y registrar señales electroencefalográficas (EEG) de niños neurodivergentes antes, durante y después de participar en sesiones de terapia asistida con delfines (DAT).

Resumen

Este protocolo detalla los pasos esenciales para adquirir y registrar señales electroencefalográficas (EEG) en niños neurodivergentes antes, durante y después de participar en sesiones de Terapia Asistida con Delfines (DAT). Su principal objetivo es proporcionar datos consistentes y fiables que permitan una evaluación precisa de la actividad cerebral en las distintas etapas del proceso terapéutico. El protocolo establece un marco claro para comparar las señales de EEG obtenidas, asegurando que cada registro cumpla con los estándares requeridos para un análisis e interpretación efectivos. Para ello, se utiliza un enfoque integral que combina herramientas electrónicas y métodos matemáticos, como el análisis espectral de potencia, para identificar cambios en la actividad cerebral de los niños durante la intervención. Además, se asegura la replicabilidad de los resultados, favoreciendo la validez y consistencia en los estudios científicos relacionados con la terapia. Este protocolo, al estandarizar la adquisición de datos, busca optimizar los resultados terapéuticos y proporcionar una base sólida para comparar diferentes estudios sobre el impacto del DAT en la neurodiversidad infantil. Además, proporciona un sistema robusto para futuras investigaciones, facilitando la interpretación objetiva de los efectos de la terapia y mejorando las intervenciones.

Introducción

Las diferencias culturales entre los distintos grupos humanos dependen en gran medida de sus capacidades cognitivas. Si bien algunas personas pueden adaptarse a estas normas culturales, otras a menudo se enfrentan a la marginación. Por lo tanto, es fundamental que estos individuos participen en sesiones que promuevan su integración en la sociedad humana¹.

Los niños con trastornos del neurodesarrollo, como el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) o el trastorno del espectro autista (TEA), a menudo requieren una combinación de terapias físicas y alternativas para una rehabilitación integral y eficaz ^2,3. Es importante tener en cuenta que, además de las terapias convencionales, se han desarrollado terapias alternativas para abordar de manera integral los aspectos físicos, emocionales y espirituales de los pacientes. Estas terapias tienen como objetivo complementar los abordajes tradicionales y promover una recuperación más completa ^2,4. Cuando son recomendadas por los profesionales de la salud, estas terapias pueden servir como valiosos complementos de la medicina convencional³.

Una terapia alternativa que ha atraído un creciente interés público debido a sus avances en el alivio del dolor y la mejora en las habilidades de aprendizaje en niños con discapacidades es la Terapia Asistida con Delfines (DAT)⁵. Esta terapia aprovecha la interacción entre humanos y delfines, generalmente delfines nariz de botella preñados o lactantes, en un entorno acuático para mejorar la calidad de vida de los niños con capacidades diferentes.

En la actualidad, el DAT carece de un método totalmente estandarizado, ya que se han observado variaciones en los procesos aplicados a los pacientes, terapeutas y/o especialistas involucrados, la duración y frecuencia de las sesiones, así como el tipo de delfín y su entrenamiento para lograr efectos terapéuticos^6,7,8. De acuerdo con Jette et ^al.9, la estandarización de estas terapias mejora la recopilación de datos para la investigación, ya que la recopilación consistente de datos permite estudios comparativos y el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas basadas en la evidencia.

La ausencia de un sistema estandarizado de captura de datos en DAT complica la evaluación objetiva de sus efectos, limitando la comparabilidad de los resultados entre los estudios. A pesar de la creciente popularidad de la DAT, el marco metodológico utilizado para monitorear los cambios de los pacientes varía considerablemente dependiendo de la institución y del equipo de investigación, resultando en resultados inconsistentes e incluso contradictorios^10,11.

Esta variabilidad ha generado preocupación dentro de la comunidad científica, ya que no existen parámetros confiables para medir la eficacia terapéutica en términos de mejoras cognitivas, emocionales o conductuales en los pacientes¹². La falta de estándares también afecta el desarrollo de protocolos rigurosos, lo que puede conducir a interpretaciones sesgadas de los resultados obtenidos en diferentes estudios DAT.

La variabilidad en los procedimientos de adquisición de señales electroencefalográficas (EEG), como la colocación de electrodos, la calibración de equipos y las condiciones ambientales, puede introducir inconsistencias en los resultados, complicando la interpretación de los efectos terapéuticos y las comparaciones entre estudios^13,14. Por lo tanto, es fundamental estandarizar el proceso de captura de datos de las señales EEG en estas terapias para obtener datos más precisos y fiables, contribuyendo así a la optimización de las prácticas terapéuticas y proporcionando evidencias sólidas de la efectividad de la DAT.

Un protocolo estandarizado promueve una mayor transparencia en los estudios. Cuando se utilizan métodos uniformes, los datos y los procedimientos se pueden compartir de manera más abierta y efectiva, lo que permite que otros investigadores verifiquen y validen los resultados. Esto es particularmente importante en campos emergentes o poco explorados, donde los investigadores dependen en gran medida de la replicación y validación de estudios previos para avanzar en la comprensión del tema¹⁵.

Un sistema estandarizado de captura de datos, en particular uno basado en el uso de herramientas neurofisiológicas como la electroencefalografía, podría proporcionar datos más precisos sobre los efectos del DAT en la actividad cerebral de los pacientes neurodivergentes. A pesar de que el EEG es un método no invasivo y ampliamente utilizado para estudiar la actividad cerebral, su aplicación en el seguimiento de terapias alternativas sigue siendo inconsistente, afectando la fiabilidad y validez de los datos obtenidos¹⁶.

Las terapias alternativas, como el DAT, ofrecen a los investigadores la oportunidad de explorar los efectos de los tratamientos en el cerebro de los pacientes mediante el análisis de señales cerebrales como el EEG, combinado con técnicas matemáticas y herramientas de inteligencia artificial para evaluar la eficacia y la eficiencia de diversas intervenciones.

Por lo tanto, en este estudio se describe un protocolo de pruebas propuesto para evaluar los resultados del tratamiento en México para niños diagnosticados con trastornos del neurodesarrollo, incorporando DAT. Esta propuesta fue cuidadosamente desarrollada en colaboración con Delfiniti México, especialistas en interacción humano-delfín, enfocándose no solo en actividades de natación sino también en intervenciones terapéuticas mediadas por delfines.

Protocolo

NOTA: La metodología utilizada en esta investigación fue aprobada por el Comité de Ética del Instituto Politécnico Nacional de México de conformidad con la Carta de Compromiso de Confidencialidad D/1477/2020. Este documento avala el método de recolección de muestras y el trato ético brindado a los delfines nariz de botella por parte del equipo de investigación. Se garantizó el uso responsable de los datos de los participantes y se obtuvo su consentimiento para el uso de los datos en los experimentos. Antes de la recolección de la muestra y la conexión del dispositivo, el procedimiento se explicó detalladamente a los participantes, quienes podían retirarse del estudio si no estaban de acuerdo. Los que aceptaron participar firmaron un formulario de consentimiento informado por escrito. Además, se informó a los participantes sobre las pruebas a realizar; Sin embargo, algunos no entendieron completamente los procedimientos antes de ingresar al tanque con los cetáceos.

NOTA: Este protocolo describe los pasos detallados para adquirir y registrar señales electroencefalográficas (EEG) de niños neurodiversos antes, durante y después de participar en sesiones de Terapia Asistida con Delfines (DAT). Este protocolo se divide en ocho etapas.

1. Consentimiento del paciente

1. Entrevista inicial con los padres y consentimiento
   1. Programe una reunión con los padres o tutores del niño participante. Hazlo en persona en el Delfinario Delfiniti en Ixtapa, México.
   2. Realice una entrevista detallada para recopilar información relevante sobre la neurodiversidad del niño, su historial médico, sus patrones de comportamiento y sus experiencias terapéuticas previas.
   3. Describa el propósito de la adquisición y el registro de datos de EEG, los procedimientos involucrados y los posibles beneficios y riesgos. Asegúrese de que los padres o tutores entiendan y firmen un formulario de consentimiento informado. Asegúrese de que este formulario cumpla con los estándares éticos y las pautas institucionales.
2. Colaboración con el personal del delfinario: Organice una reunión con el equipo de terapia en el delfinario, incluidos los entrenadores, terapeutas y cualquier personal administrativo relevante. Asegúrese de que la reunión cubra los objetivos del estudio y las funciones de cada miembro del equipo.
   NOTA: Esta etapa prepara a los padres y al equipo del delfinario para la adquisición y el registro de las señales de EEG, asegurando la comprensión, la coordinación y un entorno apropiado para el niño durante la terapia, al tiempo que se adhiere a las normas éticas y técnicas.

2. Preparación del entorno

1. Preparación de equipos
   1. Coloque el equipo de EEG (Tabla 1) en un área tranquila, libre de distracciones, cerca del delfinario antes de que se lleve a cabo cualquier sesión de terapia. Asegúrese de que todo el equipo funcione correctamente y de que las piezas de repuesto estén disponibles.
   2. Calibre los dispositivos de EEG de acuerdo con las especificaciones del fabricante para garantizar datos precisos y confiables (Tabla 2, sección señal deficiente).
      NOTA: Esta etapa garantiza la correcta configuración y calibración del equipo para la adquisición y registro de señales de EEG en un entorno adecuado, asegurando que funcione correctamente y esté listo para capturar datos precisos antes, durante y después del DAT.

Hidrofone	Frecuencia de muestreo: 96000 sps
	Sensibilidad del hidrófono 8103 25.41E-6; V/PA
	Sensibilidad del convertidor de carga 2647A 0.001 V/pC
Módulo ASIC 1 de ThinkGear (TGAM1)	Frecuencia de muestreo: 512 sps
	Bluetooth V3.0
Logitech C920	Frecuencia de muestreo18 sps
Portátil con Windows11	Modelo: Machenike T58-V
	CPU: i7-10870H (2,2 GHz-5 GHz/ 8 núcleos)
	GPU: NVIDIA Geforce RTX3060 GPU para portátiles de doble canal, hasta 32G
	Almacenamiento: M.2 PCIE. Disco duro de 2,5"
	Pantalla: 144Hz 15.6 pulgadas FHD

Tabla 1: Materiales necesarios para el seguimiento de la Terapia Asistida con Delfines (DAT). Esta tabla detalla el equipo necesario para la adquisición y grabación de señales de EEG antes, durante y después de DAT.

Calibración de equipos
Mala señal	Una señal de EEG captura las corrientes eléctricas de las neuronas activadas en la corteza cerebral, detectables por los sistemas de EEG. Estos sistemas funcionan como interfaces cerebro-computadora (BCI), utilizando electrodos de superficie colocados de acuerdo con el Sistema Internacional de Posicionamiento 10-20, el ThinkGear TGAM1 ES un BCI no invasivo que registra y analiza señales neuronales, logrando un nivel de precisión del 98 %. Esto es posible teniendo en cuenta la integridad de los datos, descartando aquellas muestras donde la bandera o indicador denominado Valor de Mala Calidad es igual a cero.
	Los atributos de la actividad de las ondas cerebrales monitoreados por el sensor se cuantifican a través de valores de bandera designados: Planitud de la señal (25), Exceso de señal (26), Relación de potencia (27) y Detección fuera de la cabeza (29). Son posibles las indicaciones de bandera concurrentes; Por ejemplo, un valor de indicador de 51 para una calidad de señal subóptima indica el incumplimiento de los criterios de planitud y exceso. Los valores de las banderas se han seleccionado meticulosamente para garantizar la singularidad de cada combinación posible. Además, un valor de indicador de 200 es indicativo de un estado en el que el sensor ha registrado las condiciones fuera de la cabeza durante un período de cuatro segundos.
	La señal RAW de la serie temporal con una frecuencia de muestreo de 512 Hz, que permite muestrear hasta 256 Hz, lo que permite separar las señales en bandas o ritmos fundamentales de ondas cerebrales, así como eliminar la frecuencia de 60 Hz, debido a la interferencia electromagnética de la línea de alimentación de CA a través de un filtro de muesca de 60 Hz, es decir, un filtro de parada de banda.
Conexión Bluetooth	Para conectar un sensor TGAM1 a una PC a través de Bluetooth, primero asegúrese de que el sensor esté encendido y que el Bluetooth de la PC esté habilitado. Empareje el sensor buscando dispositivos en la configuración de Bluetooth de la PC, seleccionando el sensor TGAM1 e ingresando el código de emparejamiento (generalmente "0000" o "1234"). Una vez emparejado, abra la aplicación que utilizará el sensor, selecciónelo como dispositivo de entrada y configure el puerto COM correcto si es necesario. Pruebe la conexión verificando la transmisión de datos en la aplicación y solucione los problemas comprobando el rango, reiniciando los dispositivos o actualizando los controladores si es necesario.

Tabla 2: Calibración de equipos. Esta tabla proporciona una descripción detallada de la calibración de los componentes del equipo utilizado.

3. Estímulo pre-DAT

1. Preparación del niño
   1. Presente al niño el equipo de adquisición de EEG de una manera amigable y no amenazante. Tómese el tiempo para asegurarse de que el niño se sienta cómodo. Use juguetes, imágenes u objetos reconfortantes que el niño conozca para reducir la ansiedad, entre otros.
   2. Explique el procedimiento de adquisición y registro de EEG al niño utilizando un lenguaje y ayudas visuales apropiados para su edad. Demuestre cómo funciona el sensor de EEG y permita que el niño toque y explore el equipo si lo desea.
2. Adquisición y registro de señales EEG
   1. Coloque al niño cómodamente en una silla o en una colchoneta, según su preferencia y comodidad. A continuación, compruebe si la conexión Bluetooth es estable a través del terminal de la PC. Asegúrese de que estén sentados de una manera que permita un fácil acceso a su cuero cabelludo para la colocación del sensor de adquisición y registro de EEG (tabla 2 , sección Conexión Bluetooth).
   2. Coloque el sensor de adquisición y registro de EEG en la cabeza del niño con suavidad y cuidado, concretamente en el punto FP1 (Figura 1), asegurándose de que esté ajustado pero cómodo y de que el electrodo esté correctamente conectado. Use una banda pediátrica y ajústela según sea necesario para garantizar un ajuste seguro, como se muestra en la Figura 2.
   3. Después de la colocación correcta del sensor y la colocación adecuada del electrodo (Figura 3), configure el sistema de adquisición de EEG para la frecuencia de muestreo a 512 Hz (muestras/segundo). Esta tasa de adquisición es suficiente para registrar con precisión la actividad neuronal de hasta 256 Hz (según el teorema de Nyquist), que cubre todas las bandas de frecuencia de EEG clínicamente relevantes (0,5-100 Hz). Tome una medición de EEG de referencia durante 1 minuto con estos parámetros de su control para obtener un punto estable para comparar la señal y la señal después de la terapia.
      NOTA: En la investigación de EEG, es común utilizar ventanas de tiempo de 30 segundos para el análisis, como en los estudios del sueño, donde los datos se segmentan en épocas de esta duración para clasificar las etapas del sueño y reconocer ciclos repetidos de actividad cerebral 17,18,19. Sin embargo, este enfoque puede ser limitado en situaciones como el seguimiento de pacientes críticamente enfermos, donde eventos breves como convulsiones pueden pasar desapercibidos. Por lo tanto, la longitud de las ventanas debe adaptarse a las características específicas del análisis. En este estudio, se utilizaron ventanas más amplias para capturar mejor la actividad cerebral asociada con la intervención: un minuto antes, cinco minutos durante y un minuto después de la terapia. Este enfoque permite identificar tanto los patrones dinámicos a largo plazo como los cambios a corto plazo relacionados con la terapia, proporcionando una visión más completa de la neurología inducida por la intervención y facilitando inferencias más precisas sobre sus efectos terapéuticos.
   4. Realice una copia de seguridad inmediata de los datos de la señal de EEG adquiridos y grabados en un dispositivo de almacenamiento seguro. Realice un análisis inicial para verificar la calidad e integridad de los datos, verificando que el indicador de señal deficiente del sensor TGAM1 sea inferior a 51, como se muestra en la sección de señal deficiente de la Tabla 2 .
   5. Monitoree continuamente al niño para detectar cualquier signo de malestar o angustia durante la adquisición y el registro de las señales de EEG. Brinde tranquilidad y descansos si es necesario. Mantenga al niño relajado conversando con calma o participando en sus actividades favoritas.
      NOTA: Esta etapa del protocolo tiene como objetivo garantizar un proceso fluido y eficaz para la adquisición y el registro de señales de EEG antes del DAT, proporcionando datos valiosos para mejorar la comprensión y la eficacia del DAT.

Figura 1: Sistema internacional 10-20 para la colocación de electrodos extracraneales. El sensor debe hacer contacto en el punto^{FP1 23}. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Uso del dispositivo electroencefalográfico. Esta figura muestra la forma correcta de colocar el dispositivo de EEG. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Adquisición y registro de señales de EEG antes de DAT. Esta figura muestra el proceso de adquisición de señales de EEG antes de que comience la terapia. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. DAT estímulo

1. Configuración del equipo de EEG
   1. Asegúrese de que la tapa que contiene el dispositivo de adquisición y registro de señales de EEG esté colocada correctamente en la cabeza del niño. Compruebe que el electrodo hace buen contacto con el cuero cabelludo y limpie la frente, si es necesario, como se muestra en la Figura 1.
   2. Verifique que la conexión inalámbrica sea estable y que la transmisión de datos funcione correctamente, ya que se está utilizando un dispositivo de adquisición y registro de EEG Bluetooth, como se muestra en la sección Tabla 2 Conexión Bluetooth.
2. Introducción del agua y recogida inicial de datos
   1. Ayude al niño a entrar al agua bajo la supervisión del personal del delfinario. Asegúrese de que el niño esté cómodo y de que el equipo de electroencefalograma sea resistente al agua y esté bien sujeto.
   2. Asegúrese de que el equipo de adquisición y registro de EEG esté impermeabilizado y bien sujeto.
   3. Recopile y registre los datos de la señal de EEG de referencia cuando el niño ingresa al agua y comienza a interactuar con los delfines.
3. Durante la terapia asistida con delfines
   1. Monitorear continuamente la adquisición y grabación de señales de EEG durante 5 min (ininterrumpidas) mientras el niño interactúa con los delfines (Figura 4). Asegúrese de que el equipo esté correctamente ajustado y que el niño permanezca relajado.
      NOTA: Revise la nota escrita del paso 3.2.3.
   2. Asegúrese de que alguien del personal tome notas detalladas sobre el comportamiento del niño, las interacciones con los delfines y cualquier cambio notable durante la adquisición y el registro de las señales de EEG.

Figura 4: Adquisición y registro de señales de EEG durante DAT. Esta figura muestra el proceso de adquisición de señales EEG durante la terapia. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. Gestión de datos post-terapia:
   1. Realice una copia de seguridad inmediata de los datos de la señal de EEG adquiridos y grabados en un dispositivo de almacenamiento seguro.
      NOTA: Se obtiene un documento de texto sin formato (.txt).
   2. Ayudar al paciente a salir del agua.
      NOTA: Esta etapa tiene como objetivo asegurar un proceso fluido y efectivo para continuar con la adquisición y registro de señales EEG durante el DAT, proporcionando datos valiosos para mejorar la comprensión y eficacia de este enfoque terapéutico, que permite obtener datos para la mejora continua del proceso de DAT y así ayudar a identificar cualquier comportamiento singular del delfín hacia el paciente con una determinada afectación e incluso durante las terapias para identificar qué puntos en el cuerpo son estimulados y que generan cambios en su comportamiento, lo que modifica la actividad cerebral del paciente.

5. Estímulo post-DAT

1. Preparación post-terapia para el niño
   1. Ayude al niño a hacer la transición del área de terapia a un espacio cómodo y seco.
   2. Explique al niño, de una manera apropiada a su edad, que la adquisición y el registro de las señales de EEG continuarán durante un poco más de tiempo.
2. Verificar el equipo de adquisición y registro de EEG, así como su recalibración. Asegúrese de que el equipo de adquisición y registro de EEG permanezca en su lugar y funcione correctamente después de la sesión de terapia.
3. Recopilación inicial de datos después de la terapia:
   1. Adquiera, registre y almacene inmediatamente los datos de la señal de EEG de referencia durante 1 minuto inmediatamente después de que el niño haya salido del agua (Figura 5).
      NOTA: Revise la nota escrita del paso 3.2.3.
   2. Permita que el niño se relaje en un ambiente cómodo.

Figura 5: Adquisición y registro de señales de EEG después de DAT. Esta figura muestra el proceso de adquisición de señales EEG después de la terapia. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. Actividades estructuradas post-terapia:
   1. Involucre al niño en actividades de baja estimulación, como escuchar música suave.
   2. Supervise continuamente la adquisición y el registro de señales de EEG durante épocas de 1 minuto, con el fin de garantizar la estabilidad de los datos y minimizar la fatiga de los participantes.
5. Gestión de datos posteriores a la terapia: Realice una copia de seguridad inmediata de los datos de la señal de EEG adquiridos y registrados en un dispositivo de almacenamiento seguro.
   NOTA: Esta etapa garantiza un proceso fluido y eficaz para continuar con la adquisición y el registro de la señal de EEG después del DAT.

6. Adquisición de datos de EEG

1. Análisis de datos y preparación de informes
   NOTA: El procesamiento de los datos brutos del EEG se controla mediante una interfaz de usuario para promover la comprensión intuitiva en relación con un ciclo de percepción-acción, como se muestra en la Figura 6.
   1. Inicie el entorno de desarrollo integrado (IDE) para la adquisición de señales de EEG y cargue el sistema.
   2. Abra el IDE diseñado para el procesamiento de EEG (Figura 7).
      NOTA: El sistema mostrará los recursos disponibles en la computadora, incluidos los dispositivos conectados como cámaras web y hardware de adquisición de EEG.

Figura 6: Procesamiento de EEG. El procesamiento de datos EEG sin procesar está controlado por una interfaz de usuario para promover una comprensión intuitiva en relación con un ciclo de percepción-acción. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7: El entorno de desarrollo integrado (IDE) para la señal de EEG. El sistema mostrará los recursos disponibles en la computadora, incluidos los dispositivos conectados como cámaras web y hardware de adquisición de EEG. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Acceda a la ventana de configuración del sistema:
   1. Navegue hasta la ventana de configuración del sistema dentro del IDE (Figura 8).
   2. Seleccione el dispositivo de EEG para la toma de muestras y configure sus ajustes (Frecuencia de muestreo = 512 sps, Canales para registrar = Fp1).
   3. Guarde la configuración para garantizar la coherencia entre las sesiones.

Figura 8: Ventana de configuración del sistema. Muestra la ventana de configuración del sistema, donde se configuran y personalizan los dispositivos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Ingrese la información del paciente.
   1. Utilice la ventana de información del paciente ( Figura 9) para introducir los siguientes datos: nombre del paciente y diagnóstico, duración del experimento en minutos, contexto de la recopilación de datos en relación con el proceso DAT (por ejemplo, antes, durante o después).
   2. Confirme las entradas para continuar.

Figura 9: Ventana de información al paciente. Muestra la ventana de información del paciente, que se utiliza para introducir detalles esenciales como el nombre, el diagnóstico y los parámetros del experimento. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. Iniciar el muestreo de datos:
   1. Desde la pantalla principal, inicie la adquisición de datos activando la sección de muestreo de EEG.
   2. Haga clic en el botón tomar muestra (Figura 10) para comenzar la captura de datos.
      NOTA: Durante el proceso, el botón de tomar muestra se desactivará para evitar interacciones adicionales mientras se recopilan datos de los dispositivos configurados.
   3. Una vez finalizado el proceso, aparecerá un mensaje que indica completado (Figura 11). Al final, se creará una carpeta que contiene las imágenes de la cámara y los archivos de texto con los resultados del EEG y el hidrófono.
      NOTA: La carpeta incluye los datos del paciente, la fecha de la captura, la hora en que se tomó y si hubo capturas adicionales el mismo día con la misma configuración.

Figura 10: Inicio del muestreo de datos. Esta figura muestra el inicio de la adquisición de datos mediante la activación de la sección de muestreo de EEG. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 11: Muestra completa tomada del paciente. La figura muestra cuándo el software ha completado la captura de las muestras del paciente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

7. Análisis de datos de EEG

1. Vaya a la ventana Análisis de datos , como se muestra en la figura 11 (resaltada en rojo). A continuación, en la sección Análisis de la interfaz de usuario (UI) principal (resaltada en rojo), seleccione las señales de EEG recopiladas durante el experimento para su procesamiento (Figura 12).

Figura 12: ventana de análisis de datos. Esta figura muestra la sección de análisis de la interfaz principal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Aplicar técnicas de procesamiento de señales (el IDE admite varios métodos para analizar datos de EEG). Aplicar las técnicas de procesamiento de señales mediante la implementación de la tubería computacional definida en las ecuaciones 1-5.
   1. Visualización de señales de EEG sin procesar: Inspeccione las señales registradas en microvoltios para verificar su integridad y calidad.
   2. Periodograma FFT: Realice una transformada rápida de Fourier para analizar los componentes de frecuencia de las señales de EEG.
      1. Para realizar la descomposición de señales de EEG en sus componentes de frecuencia utilizando la Transformada Rápida de Fourier (FFT), aplique el siguiente proceso matemático. La señal de EEG, representada como x(t) en el dominio del tiempo, se transforma en su representación en el dominio de la frecuencia X(f) utilizando la ecuación (1)20,21,22
         (1)
      2. Para señales discretas, como el EEG muestreado a una velocidad específica, utilice la transformada discreta de Fourier (DFT), calculada como (2) 20,21,22
         (2)
         Aquí, N es el número de muestras, x[n] es la señal discreta y k corresponde a los intervalos de frecuencia.
      3. Los pasos implican primero cargar la señal de EEG sin procesar de un archivo de .txt (valores de voltaje de series temporales), luego aplicar el algoritmo FFT (Ecuación 2) para transformar la señal en el dominio de la frecuencia y, finalmente, trazar la densidad espectral de potencia (PSD) o el periodograma para visualizar los componentes de la frecuencia. La salida se interpreta identificando picos en el espectro correspondientes a las frecuencias de ondas cerebrales dominantes (por ejemplo, delta, theta, alfa).
   3. Análisis de espectrogramas: Genere espectrogramas para examinar cómo evoluciona el contenido de frecuencia de la señal con el tiempo.
      1. Preprocesamiento: Segmente la señal de EEG x(t) en ventanas de tiempo superpuestas (por ejemplo, ventanas de 1 segundo con un 50% de superposición) para capturar las características de frecuencia que varían en el tiempo. Multiplique cada ventana por una ventana de Hamming w(t) para minimizar la fuga espectral, de acuerdo con la ecuación (3) 20,21,22.
         (3)
      2. Formación de ranas de Fourier: Aplique la FFT a cada segmento en ventana para convertir la señal en el dominio del tiempo en el dominio de la frecuencia, produciendo un espectro de valor complejo, de acuerdo con la ecuación (4) 20,21,22
         (4)
         NOTA: X(f) representa los componentes de la frecuencia, N es el número de muestras en el segmento y f es la frecuencia.
      3. Generación de espectrogramas: Calcule la magnitud al cuadrado de X(f) para obtener la densidad espectral de potencia (PSD) para cada segmento de tiempo, como se muestra en la ecuación (5) 20,21,22:
         (5)
         NOTA: El resultado se representa como un espectrograma, donde el eje x representa el tiempo, el eje y representa la frecuencia y la intensidad del color indica la potencia de cada componente de frecuencia.
      4. Seleccione la opción EEG o Hidrófono y cargue los datos, como se muestra en el cuadro resaltado en rojo en la Figura 13.
      5. Filtrado de paso de banda: aplique un filtro de paso de banda para aislar rangos de frecuencia específicos, como las bandas beta baja y gamma baja, que son relevantes para el ciclo de percepción-acción.
   4. Histograma FFT: Identifique las bandas de frecuencia clave, como delta (0,5-4 Hz), theta (4-8 Hz), alfa (8-13 Hz), beta (13-30 Hz) y gamma (>30 Hz), que son esenciales para el análisis de EEG.

Figura 13: Resultados del procesamiento de EEG. Salidas generadas por el sistema, que muestran los datos brutos y las señales de EEG procesadas (A), el procesamiento de señales a través del periodograma FFT (B), el espectrograma (C) y el espectrograma filtrado de paso de banda (D). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Revisar e interpretar los resultados.
   1. Examine las salidas procesadas (periodogramas/espectrogramas FFT) de la siguiente manera.
      1. Periodogramas: Identifique los picos de frecuencia dominantes (por ejemplo, alfa: 8-13 Hz) utilizando el gráfico PSD (Ecuación 5). Los picos que superan el ruido de referencia indican oscilaciones fisiológicamente relevantes.
      2. Espectrogramas: Analice la dinámica de potencia de tiempo-frecuencia (por ejemplo, ráfagas beta/gamma durante tareas de percepción de acción) mediante la interpretación de gradientes de intensidad de color (tiempo [s] en el eje x, frecuencia [Hz] en el eje y). Correlacione los cambios de potencia (por ejemplo, supresión de beta baja) con las épocas de tareas.
   2. Contextualice los hallazgos mediante referencias cruzadas de patrones espectrales (p. ej., relaciones theta/delta) con metadatos del paciente (p. ej., estado clínico, rendimiento de la tarea) y anotando eventos (p. ej., inicio de estímulos) en espectrogramas para alinear la actividad neuronal con las líneas de tiempo experimentales.
4. Exportar y guardar resultados.
   1. Almacene valores PSD (frecuencia x potencia) y matrices de espectrogramas (tiempo x frecuencia x potencia) en formatos estructurados.
   2. Exportación mediante opciones de interfaz: seleccione formatos (por ejemplo, TIFF para figuras, ASCII para valores PSD sin procesar) compatibles con MATLAB. En el caso de los espectrogramas, conserve las resoluciones de tiempo-frecuencia en los archivos exportados.

8. Comunicación de resultados

1. Compilar un informe detallado de los hallazgos.
   1. Estructure el informe para que incluya:
      1. Análisis espectral: Tabular las bandas de frecuencia dominantes (p. ej., potencia alfa máxima a 10 Hz ± 1,5 Hz) y su relevancia estadística (p. ej., p < 0,05, corregido para comparaciones múltiples).
      2. Dinámica de tiempo-frecuencia: resalte patrones de espectrograma significativos (por ejemplo, aumentos de potencia en banda gamma [30-45 Hz] durante la ejecución del motor) con marcas de tiempo alineadas con los eventos de la tarea.
      3. Correlaciones clínico-experimentales: Anotar observaciones.
      4. Ayudas visuales: Incruste cifras clave (gráficos PSD, espectrogramas) con etiquetas estandarizadas (p. ej., "Potencia (μV²/Hz)") y leyendas que especificen parámetros (p. ej., "Ventana de Hamming: 1 s, 50% de superposición").
      5. Suplemento de datos: Adjunte archivos de datos procesados (por ejemplo, tablas de .csv de valores de potencia de banda por sujeto) para su reproducibilidad.
2. Retroalimentación y cierre.
   1. Revisión de las partes interesadas: Distribuir el borrador del informe a los colaboradores para verificar la consistencia metodológica (p. ej., confirmar que los parámetros FFT coincidan con los protocolos pre-registrados) y la precisión de la interpretación (p. ej., validar las afirmaciones de acoplamiento theta-gamma contra trazas sin procesar).
   2. Finalización: Aborda los comentarios de forma iterativa y archiva todas las salidas (datos sin procesar/procesados, scripts, informes) en un repositorio estructurado.
      NOTA: Organice una reunión con el personal del delfinario para proporcionar un resumen de la sesión de recolección de datos posterior a la terapia. Los resultados obtenidos estarán disponibles para que el personal del delfinario los comparta con los padres. En esta etapa, se analizan y caracterizan los datos de EEG adquiridos y registrados, se prepara un informe detallado y se ofrece retroalimentación a los padres con respecto a los resultados.

Resultados

Este estudio describe el proceso de adquisición y análisis de señales EEG a través de una interfaz de usuario simulada en IDE, complementado con la aplicación de un método estandarizado para la recolección de datos. Este enfoque proporciona un marco de referencia que facilita la comparabilidad entre estudios y garantiza la reproducibilidad, lo que permite a otros investigadores replicar los procedimientos y obtener resultados consistentes en diversos contextos.

Discusión

La terapia asistida con delfines (DAT) surgió como una modalidad terapéutica para las personas con autismo y desarrollo^24,25. DAT ofrece experiencias frescas y enriquecedoras a los participantes, estimulando el interés y la participación sensorial en un entorno deslumbrante^25,26. Sin embargo, existen varias limitaciones que afectan la interpretación de la eficacia de la D...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Convertidor de carga	Hottinger Brü el & Kjæ r		Sensibilidad 2647A 0.001 V/pC Frecuencia de muestreo 512 sps
Hidrofona	Hottinger Brü el & Kjæ r	8103	Frecuencia de muestreo 96000 sps Sensibilidad 8103 25.41e-6; V/Pa
Portátil Windows11	Machenike	Machenike T58-V	CPU: i7-10870H (2.2GHz-5GHz/ 8Cores) GPU: NVIDIA Geforce RTX3060 GPU para portátiles de doble canal, hasta 32G Almacenamiento: M.2 PCIE. HDD de 2,5" Pantalla: 144 Hz FHD de 15,6 pulgadas
Módulo ASIC ThinkGear 1	NeuroSky	TGAM1	Bluetooth V3.0
Cámara web	Logitech	C920	Frecuencia de muestreo18 sps