Investigación.

La labor de investigación del proyecto Espacio Acústico Virtual se lleva a cabo principalmente en dos vertientes. Por un lado, desde el Departamento de Fisiología de la Universidad de La Laguna, se llevan a cabo estudios sobre aspectos neurofisiológicos de la percepción del sonido, percepción de fosfenos y evaluación neuropsicológica de las personas que se han ofrecido voluntarias para los experimentos. Por otro lado, en el Área de Instrumentación del Instituto de Astrofísica de Canarias se llevan a cabo estudios sobre sistemas de captación mediante estereovisión, percepción de los sonidos, técnicas de procesado de señal y medidas de funciones de tranferencia HRTF.

A continuación se resumen algunos de estos campos de investigación. Para una información más detallada, remítase a la sección "Documentación" de esta web.

Aspectos neurofisiológicos.

La representación mental del mundo por parte del cerebro puede ser independiente, hasta cierto punto, de la vía sensorial por la que llega la información, siempre que ésta sea adecuadamente recibida y reconocida por el propio cerebro.

En este sentido, puede darse un sustrato neurofisiológico común a las distintas modalidades, donde se realizaría un procesamiento que se ha dado en llamar supramodal o también amodal. De ahí el interés de los estudios neurofisiológicos que se están realizando con las modernas técnicas de neuroimagen conocidas como Resonancia Magnética Nuclear Funcional (IMRf) y Estimulación Magnética Transcraneal (TMS) para localizar, si existen, las áreas implicadas en la percepción de figuras en un entorno auditivo y poder establecer así comparaciones con las áreas vinculadas a percepciones similares por parte de otras modalidades sensoriales.

En este momento barajamos tres hipótesis, que no son excluyentes entre sí, respecto a la naturaleza del sustrato neurofisiológico de la percepción espacial auditiva:

1.- Que esté constituido por áreas de procesamiento multisensorial.

2.- Que áreas que intervienen en la función visual recojan y procesen la información dando una salida similar a la que dan ante la propia vía visual.

3.- Que se activen áreas previemente silentes de la esfera del sistema auditivo.

Dada la naturaleza y complejidad del sistema nervioso humano, la única posibilidad ética de su estudio es la utilización de técnicas no invasivas (no traumáticas), dentro de las cuales las más utilizadas son la corticoencefalografía y la resonancia magnética nuclear de carácter funcional, ambas disponibles en nuestro grupo. Es este proyecto pretendemos estudiar los cambios plásticos que se producen tras la utilización continuada del sistema desarrollado, así como evaluar algunas de sus posibles aplicaciones en bioingeniería de la subsitución sensorial al poder confirmar mediante fMRI la activación de determinadas zonas corticales de procesamiento visual durante la generación de escenas acústicas de diferente grado de complejidad. Esta confirmación, junto con la oportuna línea de investigación, si hubiera lugar, podría a su vez ser de relevancia en cuanto a una utilidad del sistema no sólo en la vida cotidiana del invidente, sino también en el amplio campo de la rehabilitación sensorial y psicomotriz, en especial en el área de la percepción espacial, orientación y movilidad.

Detalle de dos cortes transversales del cerebro de una persona ciega con un sonido espacializado (parte superior) y otro no espacializado. Nótese que la activación de la corteza visual se observa sólo durante la evocación visual (percepción de fosfenos)

(Más ejemplos de imágenes de cortes transversales del cerebro con sometimiento a estímulo sonoro, en diferentes casos, y con evocación de fosfenos, aquí)

Disponemos en el grupo de un sistema para realizar estudios de resonancia magnética funcional de 1.5T, modelo Sigma Horizon hiSpeed, de General Electric, dotado de programas para fMRI "FUNCTOOL".

Percepción de fosfenos.

Como muestra de las importantes implicaciones de la confirmación de una u otra de las hipótesis anteriores, describimos brevemente uno de los fenómenos encontrados, el de la percepción de luces evocada por sonidos: Algunos de los sujetos invidentes y también videntes refieren percibir en el punto donde localizan auditivamente una fuente sonora, unos destellos luminosos (descritos como pequeñas lucecitas o estrellas), simultáneos con la percepción auditiva e inducidos por ésta. Este fenómenos, con algunos pero escasos antecedentes en la literatura, es conocido como fosfenos inducidos o evocados por sonidos, si bien aquí destaca su clara ubicación espacial y la posibilidad hasta la fecha de generación o inducción controlada. Parece depender de factores tanto individuales como de la naturaleza del estímulo utilizado y está siendo objeto de estudio en cuanto a su naturaleza, sustrato neurológico y condiciones de aparición.

Representación visual de la imagen de una habitación por un ciego usando nuestro prototipo. Cada punto luminoso representaría un fosfeno.

 

Evaluación neuropsicológica.

El equipo de psicólogos que toman parte en este proyecto pretente tender un puente que ponga en contacto la tecnología del EAV con las necesidades y características individuales de las personas ciegas que van a hacer uso del mismo.

El uso del prototipo exige del cerebro la realización de una tarea a la que no está acostumbrado, requiriendo la reorganización anatómico-funcional de las áreas corticales implicadas. De este hecho se desprenden dos cuestiones que nuestros psicólogos tratan de resolver: por un lado, se hace evidente la necesidad de la implementación de un sistema de entrenamiento de las personas invidentes donde se capacite a la persona para extraer del prototipo el máximo de información posible, guiando a las personas en su proceso de adquisición de estas nuevas habilidades cognitivas. De esta necesidad surge la pregunta de cómo debe ser ese proceso de entrenamiento, cómo debe ser el acercamiento de los sujetos al prototipo, es decir, ¿la presentación de la información ha de ser masiva y dejar que sea el propio sujeto el que encuentre, con el tiempo y la práctica, las claves para la interpretación de la información proporcionada por el prototipo?, o bien, ¿la información ha de ser progresiva, aprendiendo primero a discriminar parámetros simples como la distancia, el tamaño o la orientación de forma individual para, posteriormente, ir agrupando esos diferentes aspectos en la percepción de un ambiente complejo?.

Además, se intenta minimizar la duración de las sesiones y establecer el espacio temporal adecuado entre ellas, en orden de minimizar los posibles efectos negativos (ansiedad, dolores de cabeza, cansancio, frustación, etc.) que pudiesen desprenderse de este proceso de aprendizaje.

Después del entrenamiento con el prototipo, se realizan algunas pruebas neuropsicológicas de rendimiento intelectual, etc., para intentar discernir, no sólo si el uso del prototipo afecta y cómo al rendimiento en estas pruebas, sino también si el rendimiento intelectivo predice el éxito en el entrenamiento o afecta al modo en el que debe desarrollarse el mismo. Uno de los logros de nuestro grupo de psicólogos es la adaptación háptica de estos tests para la comunidad ciega.

Sistema de Captación Mediante Estereovisión.

Nuestra línea de investigación en este campo está enfocada hacia la consecución de un sistema que sea capaz de captar los objetos del campo frontal a través de dos pequeñas microcámaras colocadas en un soporte adecuado a la altura de los ojos. A partir de las imágenes obtenidas se calcula el denominado mapa de profundidades: la información de posición tridimensional de cada uno de los puntos, dentro de un determinado nivel de resolución, de la superficie de los objetos captados dentro del campo de visión. A cada posición calculada se le hace corresponder un sonido tal que, enviado a través de auriculares, al sujeto le da la impresión de que procede de aquella posición espacial concreta. Así, el conjunto de posiciones visuales calculado para una escena se envía, imagen a imagen, en forma de un conjunto de posiciones auditivas, creándose la ilusión de que los sonidos parecen proceder de esa superficie discretizada o cuadriculada de los objetos.

Percepción Espacial de los Sonidos y Funciones HRTF.

En cuanto a los aspectos espaciales de la percepción auditiva, el grueso de la investigación se ha centrado en el estudio de la capacidad de localización de sonidos. Se han definido así una serie de pistas fundamentales en la información sonora que llega a los oídos de las que depende la adjudicación de una posición en el espacio como origen del sonido, en particular: las diferencias interaurales de tiempo e intensidad con que llega el sonido a uno y a otro oído en función de su posición y la intensidad sonora y el contenido en reverberación del sonido, que intervienen en la percepción de distancia. La señal que alcanza cada tímpano está modificada respecto a la señal que partió de la fuente sonora emisora por el efecto acústico de las estructuras de la cabez y el tronco, en especial por el pabellón auricular en cada lado. Este determina, con su forma particular y sus repliegues, que determinadas frecuencias de las que componen el sonido sean amplificadas frente a otras que son atenuadas. Estas modificaciones son dependientes y en buena medida específicas de la posición de origen del sonido. Este efecto dirección dependiente se puede extraer en forma de un filtro matemático que lo caracteriza y que se reconoce con los términos de Head Related Transfer Funcion (funciones HRTF). La pareja de filtros para cada oreja correspondiente a una posición determinada de hecho contiene todas las pistas de información citadas de interés espacial. Independientemente del origen espacial real del sonido, en la medida en que este sonido alcance a ambos tímpanos llevando impresas todas las características físicas determinadas por el lugar de origen del mismo en relación al sujeto, se podrá alcanzar por este una percepción adecuada de dónde procede ese sonido.

Se ha desarrollado un sistema de obtención de estos filtros, de forma que se recupera una pareja de filtros para cada posición del espacio que se quiera simular. Dado que las características antropomórficas de los distintos sujetos son peculiares y diferentes, para obtener unas funciones de transferencia lo más correctas posible, se ha optado desde un inicio por medir el conjunto de HRTFs propio de cada individuo.

Actualmente se investiga en diferentes técnicas para que la medida de las funciones HRTF sea lo más rápida, eficaz y cómoda para el usuario. Se están considerando técnicas como la de interpolación matemática para alcanzar más resolución, reproducir el pabellón auditivo externo de cada sujeto por técnicas escultóricas para hacer las medidas sobre un maniquí o, cuando exista un gran número de funciones HRTF medidas, segregar estas funciones en grupos dependientes de algún parámetro de fácil medida en las personas, de manera que pudiéramos asignar una función HRTF a cada usuario a partir de una librería de funciones que tengamos almacenadas.

Experimentos Monofuente, Bifuente y Mulifuente.

Estos tres experimentos, por orden cronológico, son los que se han llevado a cabo en la sala acondicionada del Instituto de Astrofísica de Canarias. Aquí puede encontrarse una descripción detallada de cada uno de ellos.

Medidas de funciones HRTF.

Aquí se encuentra una explicación de las pruebas de medidas de funciones HRTF que hicimos el día 8 de noviembre de 2002. Esta explicación puede darle una idea de cómo medimos este parámetro tan importante para nuestra investigación.

Experimento de Pixelización.

Con este experimento pretendemos medir la cantidad de información visual que necesitamos para poder desenvolvernos en nuestro entorno. Los resultados obtenidos tienen aplicación directa en el proyecto EAV. Puede encontarse más información aquí.