1. UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA DE
CIENCIAS Y TECNOLOGIA
Facultad de Ingeniería
Transducción y proceso de señales
en el Electroencefalograma
Nombre del alumno: Carrera:
Bárbara González Arce Ingeniería de Ejecución Biomédica
Jornada: Docente:
Vespertina Eyleen Spencer
Fecha de entrega: Nota:
01 de Junio del 2011

2. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Índice.
- Introducción………………………………………………………………….…….pág. 3
- Reseña histórica………………………………………………………………....pág. 4 - 5
- Anatomía del encéfalo…………………………………………………………pág. 6 - 7
- Electrogenesis cerebral………………………………………………………..pág. 8
- Electrogenesis cortical...........................................................pág. 9
- Captación en una electroencefalografía……………………………….pág. 9 - 12
- Captación de la señal y procesamiento…………………………….….pág. 12 - 16
- Conclusión…………………………………………………………………………...pág. 17
- Bibliografía.........................................................................….pág. 18
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3. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Introducción.
La electroencefalografía es un examen en el cual se registra la actividad eléctrica neuronal del
encéfalo. El registro de esta actividad varía mucho dependiendo de la localización de los
electrodos durante el examen, como del individuo al cual se le realiza, debido al gran numero de
interconexiones que presentan las neuronas y por la estructura no uniforme del encéfalo.
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4. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Reseña histórica.
Durante una guerra, se exploro el cerebro humano por primera vez. En 1870, durante la guerra
franco-prusiana, los médicos militares Fritsch y Hitzig, del ejército prusiano, observaron que al
estimular con corriente galvánica determinadas áreas descubiertas del cerebro, se producían
movimientos en el lado opuesto del cuerpo. Dichas pruebas las realizaban en las bajas que
quedaban tras las batallas. Más tarde, R. Caton confirmo que el cerebro es capaz de producir
corrientes eléctricas. Ferrer, siguiendo la misma idea, experimento con la corriente farádica, por lo
cual hacia finales de siglo se tenían pruebas de que el cerebro de los animales poseía propiedades
eléctricas parecidas a las del nervio y del musculo.
En 1913, Prawdwicz-Neminski registro el llamado “electrocerebrograma” en un perro, siendo un
pionero en intentar clasificar estos registros. Sin embargo todos estos experimentos se realizaban
en cerebros descubiertos, debido a que los cambios eléctricos eran muy pequeños y, sin un
método de amplificación adecuada, era imposible captar estas señales en el exterior del cráneo.
Finalmente, fue en 1928 cuando Hans Berger ideó un método para investigar la actividad eléctrica
cerebral, descubriendo lo que se conoció como “ritmo de Berger” que, debido a la falta de
conocimientos técnicos, años después se reconoció su importancia. Mientras que, en 1929, las
posibilidades de una electroencefalografía se discutían en una reunión en el Laboratorio central
de Patología del Hospital Maudsley de Londres, en ese tiempo aun no se tomaba en serio el
estudio del cerebro ni los descubrimientos de Berger. En 1934 en una demostración pública ante
la Sociedad de Fisiología, en Cambridge, Adrian y Mathews verificaron por primera vez el “ritmo
de Berger”. Posteriormente el mismo Berger, utilizando las mejoras efectuadas por Adrian, siguió
avanzando, observando por ejemplo que cuando el sujeto abría los ojos o resolvía problemas
mentalmente se alteraba el ritmo amplio y regular. Dicha observación fue verificada
posteriormente por Adrian y Mathews, quienes tenían más conocimiento científico y mejor
técnica. Años más tarde se aprecio la importancia de tal descubrimiento, tanto que la
electropatología del cerebro creció en importancia, y el estudio de enfermedades como la
epilepsia y otras mentales, dejaron a la luz la complejidad del tema, siendo necesario el estudio
del cerebro como un órgano total. Es gracias a este paso y mediante evaluaciones sucesivas, que
se han llegado a conocer otros aspectos de la EEG tal como se conoce hoy en día.
Del estudio realizado por Berger, se extrajeron numerosas conclusiones, como estas:
- Describió las ondas alfa y beta, generadas por el córtex cerebral de los sujetos sanos
- Comprobó cómo las ondas alfa desaparecían con la apertura palpebral dando paso a las
ondas beta, y cómo este fenómeno se reproducía en respuesta a otros estímulos
sensoriales. Así, concluyó que el ritmo alfa era la actividad fundamental del córtex
cerebral.
- Describió las particularidades del EEG de los recién nacidos y de los ancianos.
- Describió el EEG isoeléctrico “cuando toda actividad cerebral ha finalmente cesado”.
- Describió los efectos de los narcóticos sobre el EEG.
- Comprobó los cambios en el EEG en pacientes con hemorragias cerebrales, tumores,
contusiones.
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5. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
- Describió los ritmos interictales, con su característica depresión del trazado, de pacientes
con epilepsia del lóbulo temporal y también la respuesta a la hiperventilación, si bien
nunca fue capaz de registrar una crisis de gran mal.
- Registró la actividad cerebral durante una crisis de ausencias (punta-onda a tres ciclos por
segundo).
Dr. Hans Berger
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6. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Anatomía del encéfalo.
El encéfalo, que está contenido en el cráneo, es la parte más voluminosa del Sistema Nervioso
Central, y se divide en: tallo cerebral, cerebelo y cerebro.
EL tallo cerebral controla los ritmos cardiaco y respiratorio, y es el centro de varios reflejos
motores.
El cerebelo coordina los movimientos voluntarios, mantiene el equilibrio y filtra de algún modo lo
que serían los movimientos musculares “espasmódicos”.
El cerebro es la parte más evolucionada del encéfalo y en él se encuentran las funciones
conscientes del Sistema Nervioso, posee dos hemisferios relacionadas con las partes opuestas del
cuerpo. Cada uno de ellos tiene una superficie externa llamada córtex por donde se recibe la
información sensorial, mientras las capas más profundas están formadas por axones y núcleos de
células.
La corteza cerebral, situada en la periferia del cerebro, contiene unos 9 de los 12 billones de
neuronas existentes en el cerebro humano. Esta capa que contiene fisuras y surcos, divide la
corteza cerebral en lóbulos, como se muestra en el siguiente esquema.
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7. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Para describir la distribución de las funciones sensitivas y motoras en los diferentes lóbulos, en el
siguiente esquema se grafican el homúnculo sensor y el homúnculo motor.
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8. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Electrogénesis cerebral.
Para efectos del EEG, se consideran solo la corteza cerebral y las regiones relacionadas
directamente con ella.
La corteza cerebral está formada por seis capas celulares diferentes:
1) Capa superficial plexiforme de pequeñas células.
2) Capa externa de células granulares.
3) Capa de células piramidales.
4) Capa interna de células granulares.
5) Capa de grandes células piramidales
6) Capa profunda polimorfa.
Las células de las capas 3) y 5) son efectoras, y las de las capas 2) y 4) son receptoras.
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9. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Electrogénesis cortical.
Si se aislara un trozo del tejido cortical, este presentaría actividad eléctrica espontanea,
caracterizada por salvas de ondas lentas y sobre estas ritmos rápidos. Entre estas aparecen
periodos de silencio eléctrico. Estas señales son consecuencia de la actividad sináptica en el tejido:
los PPSE (potenciales postsinapticos excitadores) y los PPSI (potenciales postsinapticos
inhibidores) se suman entre si y dan origen a potenciales lentos que son las ondas que se
registran.
A raíz de esto se ponen en manifiesto tres generadores corticales:
Generador A: se sitúa a unas 500 micras de la superficie cortical y su actividad produce ondas
negativas en la superficie de la corteza. No se relaciona con el potencial de acción de las células.
Generador B: se sitúa a 900 micras de profundidad y produce las ondas positivas en la superficie
cortical. Su actividad coincide con el potencial de acción de las células.
Generador C: se sitúa a 900 micras de profundidad, pero su actividad determina las ondas
negativas en la superficie cortical. Su actividad coincide con la interrupción de la descarga de
potencial de acción de las células piramidales.
Resumiendo, una tensión positiva en la superficie produce despolarización en las capas más
profundas de la corteza. Y una tensión negativa puede resultad de una despolarización superficial,
o de una hiperpolarización profunda.
Captación en una electroencefalografía.
Esta se puede captar a través de diversos procedimientos:
a) Sobre el cuero cabelludo
b) En la base del cráneo
c) En el cerebro expuesto
d) En localizaciones cerebrales profundas
Para ello se utilizan diferentes tipos de electrodos:
1) Superficiales: se subdividen en:
- Adheridos: pequeños discos metálicos de 5mm de diámetro. Se adhieren con pasta
conductora y se fijan con colodión como aislante. Dan resistencias de contacto muy bajas
(1 – 2 kOhm).
- De contacto: pequeños tubos de plata clorurada enroscados a soportes de plástico. Se
colocan en contacto con almohadillas humedecidas con solución conductora, se sujetan al
cráneo con bandas elásticas y se conectan con pinzas de “cocodrilo”. Por ser estas muy
incomodas para el paciente, no permiten registros de larga duración.
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10. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Electrodos de plata Pasta conductora
- En casco de malla: estos existen de diferentes tamaños, dependiendo de la talla del
paciente. Se sujetan con cintas a una banda torácica. Al ser más cómodos para su
colocación, permiten un registro de larga duración, pero precisa una técnica más
depurada.
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11. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
- De aguja: solo se emplean en las UCIs y en recién nacidos. Pueden ser de un solo uso o de
uso múltiple; en este último caso, su esterilización y manipulación se debe hacer con
cuidado.
2) Quirúrgicos: se utilizan durante la cirugía y son manipulados exclusivamente por el
neurocirujano. Pueden ser subdurales, corticales o intracerebrales.
Según la forma de captación, el registro de la actividad cerebral recibe nombres distintos:
- Electroencefalograma (EEG): con electrodos de superficie o basales.
- Electrocorticograma (ECoG): con electrodos quirúrgicos en la superficie de la corteza.
- Estéreo Electroencefalograma (E-EEG): con electrodos quirúrgicos de aplicación profunda.
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12. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Sistemas de posicionamiento de los electrodos superficiales.
Aunque existen varios, es el “diez-veinte” el mas utilizado actualmente. Para ello se procede de tal
manera como muestra el esquema.
Sistema de colocación de electrodos según versión europea.
A. Vista de perfil. B. Vista superior.
Captación de la señal y procesamiento.
La propagación de la sinapsis a través de las neuronas, provocan corrientes eléctricas iónicas en el
medio extracelular. Son estas corrientes las que son captadas por los electrodos en el EEG. Los
electrodos se ubican sobre el cuero cabelludo como se mostró en el esquema anterior. Cada
electrodo es un punto de registro, sin embargo, para que este registro se realice debe disponer de
dos terminales, por lo que se debe seleccionar los electrodos que serán la fuente de señal
registrada en el EEG, y ello dependerá de la cantidad de canales disponibles y del propósito del
registro, por lo que la primera decisión será seleccionar entre registros monopolares y registros
bipolares.
En el registro monopolar se toma la señal de cada electrodo independiente mente de los demás.
Este electrodo debe estar situado a potencial cero, por lo que es ubicado preferentemente en el
lóbulo de la oreja, en el mentón o en el mastoides.
En el registro bipolar se toman parejas de electrodos, y se registran las diferencias de tensión
entre cada par de puntos. Sin embargo, debido al número enorme de combinaciones posibles el
examen no rendiría información interesante, por lo que es más efectivo, realizar combinaciones o
montajes.
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13. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Los montajes clasificados por la Federación Internacional de EEG y Neurofisiología son los
Longitudinales y los Transversales. Su disposición se muestra en el esquema siguiente:
Esquema de un montaje A. longitudinal bipolar, B. transversal bipolar. Cada segmento situado
entre dos puntos representa un canal de registro.
Procesado de la señal.
Las señales del EEG sin procesar son de una magnitud muy pequeña, y son contaminadas por ruido
e interferencias. Por ello deben pasar por varias etapas para ser limpiadas.
Los bioamplificadores aumentan la amplitud de las ondas eléctricas cerebrales, ya que estas van
en el orden de 10uV a 100uV y que son captadas por 4 electrodos ubicados en diferentes zonas de
la corteza cerebral: frontal, central y occipital.
La señal pasa por un filtro pasabajo de tercer orden en cada canal. El rango de información de la
señal tiene una frecuencia de 1 a 25 Hertzios, por lo que los primeros filtros tendrán ese ancho, lo
que permite eliminar cualquier interferencia de la red eléctrica que supere los 50 Hertzios.
Amplificador Diferencial.
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14. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Después se aplica un algoritmo para eliminar de la señal los ruidos no deseados provocados por
movimientos del paciente, como el parpadear, el movimiento de los ojos, el tragar, y el
movimiento de las extremidades.
Para eliminar el ruido provocado por elementos externos al paciente, como el provocado por
maquinas, trafico, vibraciones, etc. se emplea un filtro espacial Laplaciano, que detecta las
diferencias entre los canales individuales por encima de eventos mayores.
El filtro espacial Laplaciano aplica una operación que le resta a la señal de cada electrodo la media
de la señal de sus vecinos más próximos.
Es frecuente que uno o más electrodos produzcan una salida errónea, ya sea por el mal contacto
del electrodo con el cuero cabelludo del paciente, a pesar del gel que se utiliza para el examen.
Para eliminar esto se utiliza un algoritmo de limitación que elimina aquellos canales que producen
señales erróneas para que estas no sean procesadas.
Algunas veces se suelen ocupar hasta 16 canales en el EEG. Sin embargo, cabe señalar que
mientras más sensores se utilicen, el procesado de la señal tardará más tiempo.
Extracción de características.
Aquí se crea una representación más manejable y significativa de la señal original del EEG. Además
se comprimen los datos sin pérdida de información relevante.
Un método de extracción de características es el de “banda de potencial espectral”, en el que cada
canal es aplicado a un banco de 4 filtros pasabanda digitales. Estos filtros tienen bandas de paso
centradas en las ondas Alfa (8-13 Hz), Beta (>13 Hz), Delta (0-4 Hz) y Theta (4-8 Hz), las que son las
cuatro bandas de frecuencia mas estudiadas en el EEG, ya que representan diferentes formas de
actividad cerebral. Al otro extremo de estos filtros pasabajo se mide la potencia instantánea
usando un filtro de medias móviles. Así, cada canal de señal bruta se transforma en un conjunto de
cuatro medidas de potencia.
Ritmos normales en electroencefalografía.
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15. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Acondicionamiento de señal.
La última etapa análoga de los canales convierte las señales de entre +12V y -12V a unas que van
entre 0 y 5V para que el microcontrolador las lea sin problemas.
Acondicionador de señal
Mediante un microcontrolador se hace la conversión analógica/digital, para transmitir los datos al
computador. El microcontrolador realiza la conversión alternando un canal a la vez, así
sucesivamente en tiempo continuo.
Esta conversión ocurre gracias a la acción de las configuraciones de condensadores electrolíticos
que convierten los voltajes para comunicar el Hardware del EEG y el computador que procesa los
datos.
En el computador mediante un software desarrollado, se reciben los datos, reconstruyendo las
señales originales del EEG de cada lóbulo cerebral, ya que estas llegan alteradas al computador.
Aquí son pasadas por los algoritmos pertinentes para el filtrado digital, eliminación de ruidos,
análisis espectral y de coherencia para poder visualizar las ondas del EEG en estado original en la
pantalla del computador.
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16. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Imagen del EEG en la pantalla del computador, donde se ve la actividad cerebral en cada canal.
Fuente de alimentación de voltaje continuo
El circuito del Electroencefalógrafo es alimentado con un voltaje continuo. Esta fuente de energía
continua opera mediante una rectificación de la señal eléctrica alterna por un transformador que
toma la alimentación de la red. Después el voltaje pasa por los condensadores necesarios para ser
purificado, ingresando después por unos reguladores de tensión, en donde existen otros
condensadores que estabilizan la tensión de alimentación.
Fuente de polarización del electroencefalógrafo
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17. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Conclusión.
El Electroencefalograma es un examen muy útil para detectar alguna anomalía en la sinapsis a
nivel cerebral, ya le que permite al médico observar las alteraciones que se pueden presentar
durante la actividad eléctrica en el encéfalo. En la actualidad los equipos médicos con los que se
efectúan estos estudios permiten manejarlos con más confianza y comodidad tanto para el
operador como para el paciente, ya que estas características se traducen a un examen más
confiable y fidedigno del estado actual del paciente, con el mínimo de molestias que pudieran
transformarse en ruidos que interferirían durante la captación de señales.
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18. Transducción y procesamiento de señales en el Electroencefalograma.
Bibliografía.
- Metodología de procesamiento de la bioseñal, de Alejandro Gustavo Sabatini
- Enciclopedia Medica, Ferato.com
- Apuntes del Departamento de Electrónica, Universidad de Alcalá
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