Rendimiento de imágenes motoras a través de gemelos digitales incorporados en un entorno de interfaz cerebro-computadora habilitado para realidad virtual

Resumen

Las imágenes motoras en un entorno de realidad virtual tienen amplias aplicaciones en los sistemas de interfaz cerebro-computadora. Este manuscrito describe el uso de avatares digitales personalizados que se asemejan a los participantes realizando movimientos imaginados por el participante en un entorno de realidad virtual para mejorar la inmersión y el sentido de propiedad del cuerpo.

Resumen

Este estudio presenta un marco innovador para la rehabilitación neurológica mediante la integración de interfaces cerebro-computadora (BCI) y tecnologías de realidad virtual (VR) con la personalización de avatares tridimensionales (3D). Los enfoques tradicionales de la rehabilitación a menudo no logran involucrar completamente a los pacientes, principalmente debido a su incapacidad para brindar una experiencia profundamente inmersiva e interactiva. Esta investigación se esfuerza por llenar este vacío mediante la utilización de técnicas de imágenes motoras (MI), donde los participantes visualizan movimientos físicos sin una ejecución real. Este método aprovecha los mecanismos neuronales del cerebro, activando las áreas involucradas en la ejecución del movimiento al imaginar movimientos, facilitando así el proceso de recuperación. La integración de las capacidades inmersivas de la realidad virtual con la precisión de la electroencefalografía (EEG) para capturar e interpretar la actividad cerebral asociada con movimientos imaginarios forma el núcleo de este sistema. Los gemelos digitales en forma de avatares 3D personalizados se emplean para mejorar significativamente la sensación de inmersión en el entorno virtual. Este mayor sentido de encarnación es crucial para una rehabilitación eficaz, con el objetivo de reforzar la conexión entre el paciente y su contraparte virtual. Al hacerlo, el sistema no solo tiene como objetivo mejorar el rendimiento de las imágenes motoras, sino que también busca brindar una experiencia de rehabilitación más atractiva y eficaz. A través de la aplicación en tiempo real de BCI, el sistema permite la traducción directa de los movimientos imaginados en acciones virtuales realizadas por el avatar 3D, ofreciendo una retroalimentación inmediata al usuario. Este bucle de retroalimentación es esencial para reforzar las vías neuronales implicadas en el control motor y la recuperación. El objetivo final del sistema desarrollado es mejorar significativamente la eficacia de los ejercicios de imágenes motoras haciéndolos más interactivos y sensibles a los procesos cognitivos del usuario, allanando así un nuevo camino en el campo de la rehabilitación neurológica.

Introducción

Los paradigmas de rehabilitación para pacientes con discapacidades neurológicas están experimentando un cambio transformador con la integración de tecnologías avanzadas como las interfaces cerebro-computadora (BCI) y la realidad virtual inmersiva (VR), que ofrecen un método más matizado y efectivo para fomentar la recuperación. Las imágenes motoras (IM), la técnica central de la rehabilitación basada en la BCI, implican el ensayo mental de movimientos físicos sin una ejecución motora real¹. El infarto de miocardio explota un mecanismo neuronal en el que imaginar un movimiento desencadena un patrón de actividad cerebral que se asemeja mucho al d....

Protocolo

El presente estudio tiene como objetivo investigar la viabilidad de controlar un avatar 3D en tiempo real dentro de un entorno de realidad virtual utilizando señales de IM registradas a través de EEG. El estudio se centra en mejorar la inmersión y el sentido de propiedad del cuerpo mediante la personalización del avatar para que se parezca mucho al sujeto. El protocolo recibió la aprobación de la Junta de Revisión del Instituto de Tecnología de Vellore. Los participantes dieron su consentimiento informado por escrito después de revisar el propósito, los procedimientos y los riesgos potenciales del estudio.

1. Configuración experimenta....

Discusión

La aplicación de la IM junto con la tecnología de realidad virtual ofrece una vía prometedora para la rehabilitación al aprovechar los mecanismos naturales del cerebro para la planificación y ejecución motora. La capacidad de la IM para inducir la desincronización relacionada con eventos en bandas de frecuencia cerebrales específicas, reflejando la actividad neuronal del movimiento físico ^2,3,4, proporciona un marco só.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alienware Laptop	Dell		High-end gaming laptop with GTX1070 Graphics Card
Oculus Rift-S VR headset	Meta		VR headset
OpenBCI Cyton Daisy	OpenBCI		EEG system
OpenBCI Gel-free cap	OpenBCI		Gel-free cap for placing the EEG electrodes over the participant's scalp