Los músculos
esqueléticos están formados por un
grupo de unidades motoras, y cada unidad motora
está compuesta por células contráctiles
y los nervios que las activan.
Todas las fibras de los músculos
esqueléticos, inervadas por una motoneurona
de la médula espinal, constituyen una unidad
motora. Un músculo con muchas unidades motoras
para un determinado número de fibras musculares,
es capaz de realizar movimientos más precisos
que un músculo con pocas unidades motoras,
para la misma cantidad de fibras musculares.
Una unidad motora también
puede ser definida funcionalmente como el agrupamiento
más pequeño de fibras musculares que
puede ser activado por un esfuerzo a voluntad. Y
cada una está inervada de manera tal que
pueda contraerse en sincronismo con otras unidades
motoras, con el propósito de aplicar la fuerza
requerida para llevar a cabo cierta tarea.
Si sólo se requiere poca
cantidad de fuerza se contrae una pequeña
población de unidades motoras, mientras que
para una fuerza mayor, como levantar algo muy pesado,
se reclutan muchas o quizás todas las unidades
motoras en un grupo muscular para que se contraigan
al mismo tiempo.
Además, si se requiere una
fuerza sostenida, las unidades motoras alternan
su actividad con el propósito de mantener
un esfuerzo total más duradero.
La electromiografía (EMG),
como la adquirida en la superficie de la piel, representa
esta actividad conjunta de las fibras musculares
contráctiles, porque cada fibra genera un
pequeño potencial eléctrico cuando
se contrae (Figura 2).
De este modo, con una contracción
intensa, el EMG muestra una onda de tensión
grande y compleja, conforme muchas unidades motoras,
y sus correspondientes fibras musculares se contraen
a la vez, produciendo un patrón eléctrico.
Al contrario, una contracción
pequeña produce un EMG de pequeña
amplitud. Como consecuencia, se puede observar que
la energía promedio del EMG varía
con la fuerza de la contracción muscular.
Esta señal de voltaje es útil para
control porque contiene mucha información
sobre la fuerza en tiempo real y la velocidad de
la contracción muscular o de la relajación.
La tecnología electromiográfica
de control de extremidades fue demostrada en 1958,
pero no fue hasta principios de los años
80 que los bioingenieros desarrollaron extremidades
prostéticas útiles manejadas mediante
EMG.
Las prótesis controladas
por EMG, generalmente, son de miembros superiores
con electrodos que detectan la actividad de los
músculos disponibles alrededor de la extremidad
faltante. Las señales de estos músculos
son utilizadas para operar diversos aspectos de
la funcionalidad de las prótesis, como por
ejemplo doblar el codo, flexionar la muñeca
o abrir y cerrar la mano. Estas acciones pueden
desarrollarse utilizando la amplitud variable de
las señales individuales de EMG y la información
contenida en frecuencia.
Aprender a operar cualquier tipo
de prótesis controlada por EMG involucra
un período de entrenamiento, donde no sólo
se entrena a la persona para usar el dispositivo,
sino también se ajustan los pesos de redes
neuronales, o los centros de controladores fuzzy,
o cualquier otro parámetro que permita ajustar
los algoritmos empleados para extraer la información
de las señales.
Para esto, existen por ejemplo,
mediante redes neuronales, sistemas de movimiento
automático de un cursor sobre una pantalla;
el individuo debe seguir el movimiento con su mano.
Los datos adquiridos con sensores
en la muñeca se alimentan, como patrones
de entrenamiento, a la red neuronal, que utiliza
esta información para reconocer patrones
de la actividad de los músculos de la muñeca,
asociados a su posición.
Luego del período de entrenamiento
de la red neuronal, la interfaz del sistema cambia,
y usando la red entrenada sigue los movimientos
de la mano, basándose en sus señales
de EMG (Figura 3).
La señal de EMG es la más
prometedora y la de más fácil interpretación
entre las señales biológicas usadas
para la interacción hombre-máquina
de “manos libres”. Esto es debido principalmente
a que el control muscular es una destreza inherente
en todos los individuos.
Así existen dispositivos
de feedback sensorial mejorado que se utilizan en
la rehabilitación de pacientes con problemas
de control muscular.
Estos dispositivos detectan información
del EMG de un individuo, haciendo que las características
cambiantes de la señal sean compatibles con
una PC.
El rol de la PC es transformar
la actividad del EMG en comandos de control de un
juego interactivo simple. El juego es parecido al
PacMan, donde el avance del PacMan a través
de un laberinto ocurre sólo cuando las características
de la señal de EMG se mantienen próximas
a ciertos valores predefinidos. |
