BASES PARA UN DISEÑO METODOLÓGICO DE ESTIMULACIÓN BINAURAL COMO TERAPIA ACÚSTICA EN NEUROLOGÍA Por Adela Crespo Pelayo Tesis propuesta como cumplimiento parcial de los requisitos para el doctorado en Ingeniería Acústica Adela Crespo Pelayo Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales 2015 Aprobada por Presidente del comité supervisor Programa autorizado para obtener el doctorado Fecha
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BASES PARA UN DISEÑO METODOLÓGICO DE
ESTIMULACIÓN BINAURAL COMO TERAPIA
ACÚSTICA EN NEUROLOGÍA
Por
Adela Crespo Pelayo
Tesis propuesta como cumplimiento parcial de los
requisitos para el doctorado en Ingeniería Acústica
Adela Crespo Pelayo
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales
2015
Aprobada por
Presidente del comité supervisor
Programa autorizado para obtener el doctorado
Fecha
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ........................................................................................................................ iii
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................. vii
LISTA DE ILUSTRACIONES ................................................................................................................. 222
LISTA DE TABLAS ...................................................................................................................................... 226
ii
iii
RESUMEN
La medicina y la ingeniería del siglo XXI han dado como fruto numerosos
avances para la sociedad aunque en la mayoría de los casos los tratamientos suelen
ser costosos e invasivos. La educación que recibe la sociedad sobre la salud es escasa,
ya que sólo vamos al médico cuando realmente estamos enfermos.
Este trabajo presenta nuestra apuesta por las terapias complementarias, para el
desarrollo de una metodología terapéutica no invasiva y con un costo muy bajo.
La finalidad de esta Tesis, que se enmarca en un equipo multidisciplinar, fruto de
la estrecha colaboración en el que participan psicopedagogos, ingenieros y médicos,
es perfilar una metodología que luego pueda ser aplicable a patologías neurológicas.
Aquí, dejamos sentadas las bases. Faltarán nuevos investigadores que continúen este
camino para tener una base de datos lo suficientemente extensa de registros de sujetos
que hayan sido sometidos a terapia binaural, para poder sacar unas conclusiones
sólidas. La aportación de esta Tesis deja cubierta la aplicación, selección, procesado de
señal y desarrollo de algoritmos, test cognitivos indicados para el caso específico que
nos ocupa, cálculo de incertidumbre del sistema utilizado para la aplicación del estímulo
y desarrollo de un test psicoacústico específico.
EL empleo del sonido en medicina como es la musicoterapia o sonoterapia ha
experimentado una gran difusión en los últimos años, más de 100.000 nuevas citas
bibliográficas han aparecido con respecto al año anterior. Sin embargo, son escasísimas
las que hacen referencia a las características físico acústicas del sonido empleado, tan
sólo hemos encontrado una par de ellas que correlacionan las características físicas del
sonido con el tipo de respuesta terapéutica. No encontramos citas bibliográficas
específicas que planteen un modelo experimental científico capaz de reproducir las
mismas respuestas ante los mismos parámetros y estímulos.
En esta Tesis proponemos el uso de estimulación sonora binaural, que consiste
en la utilización de dos tonos puros idénticos pero ligeramente diferentes en frecuencia
que se presentan de manera separada cada uno en un oído, como consecuencia, la
persona que recibe la estimulación percibe un tercer tono, llamado tono binaural,
formado por la diferencia de frecuencia de ambos variando su amplitud.
Existen estudios que sugieren que dichas frecuencias binaurales pueden
modificar los patrones eléctricos de la actividad cerebral y los niveles de arousal,
conociéndose en la literatura bajo el nombre de “entrainment”.
iv
Tras la revisión bibliográfica del estado del arte, podemos concluir que es
necesario el desarrollo de estudios doble ciego bien diseñados, con el objetivo de
establecer una base sólida sobre los efectos de este tipo de estimulación, ya que la
mayoría de los beneficios documentados se refieren a muestras muy pequeñas y con
poco rigor científico, siendo los resultados positivos obtenidos debidos al efecto placebo.
La tecnología binaural es barata siendo cualquier avance en esta dirección de
interés público. El objetivo concreto de la investigación es estudiar el potencial de las
ondas binaurales en un área en particular: tareas que requieren atención y
concentración. Se busca obtener cualquier cambio en las ondas cerebrales que se
puedan correlar con la mejoras. A la vista de los resultados de estas investigaciones se
intentará aplicar esta metodología en neuropatologías que presenten alguna deficiencia
en el área de atención como es el Trastorno de espectro Autista.
En esta Tesis presentamos los resultados de dos estudios independientes, el
primero para sentar las bases del método (tiempos, diseño de estimulaciones,
procesado) en una muestra de 78 adultos sanos, el segundo a partir de los resultados
obtenidos en el primero, afinando la metodología y para un grupo de 20 niños entre 8 y
12 años, los resultados del segundo estudio sirven para justificar su aplicación en niños
con TEA que presenten déficit de atención.
PALABRAS CLAVE: frecuencias binaurales, atención, fast following response,
“entrainment”.
v
ABSTRACT
Medicine and engineering in the 21st century have resulted in advances for
society but in most cases the treatments are often costly and invasive. The health
education society receive is scarce, since only go to the doctor when we are really sick.
With this work I present my commitment to complementary therapies, my little
grain of sand in the development of a noninvasive therapeutic approach and very low
cost, well and can be used in a preventive manner resulting in a society with less sick.
The purpose of this thesis is to outline a methodology that can then be applied to
neurological diseases, here we lay the groundwork. New researchers are needed to
continue this path for a sufficiently extensive records database of subjects who have
undergone binaural therapy, and so to draw firm conclusions. The contribution of this
thesis includes: the application, selection, signal processing and algorithm development,
indicated cognitive tests for the specific case at hand, calculation of system uncertainty
of the system and development of a specific psychoacoustic test.
The use of sound in medicine, such as music therapy or sound therapy has
experienced a great diffusion in recent years, more than 100,000 new citations have
appeared over the previous year but very few are those referring to acoustic physical
characteristics of sound employee, we have only found a couple of them that physical
sound characteristics are correlated with the therapeutic response. We found no specific
citations posing a scientific experimental model capable of reproducing the same
answers to the same parameters and stimuli.
In this thesis we propose the use of binaural sound stimulation which involves the
use of two identical but slightly different in frequency pure tones presented separately
each in one ear, as a result the subject perceives a third tone, called binaural tone,
formed by the difference in frequency with amplitude variations
Studies suggest that these binaural frequencies can modify the electrical patterns
of brain activity and arousal levels, being known in the literature under the name of
“entrainment”.
After the literature review of the state of the art, we conclude, it is necessary to
develop well-designed double-blind studies, in order to establish a solid foundation on
the effects of such stimulation, since most of the documented benefits relate to very small
samples and unscientific may be obtained positive results due to the placebo effect.
vi
The binaural technology is cheap being any progress in this direction in the public
interest. The specific objective of the research is to study the potential of binaural waves
in a particular area: tasks requiring attention and concentration also we want to get any
change in brain waves that can correlate with improvements. In view of the results of this
research we seek to apply this methodology in neuropathology presenting any deficiency
in the area of attention such as Autism Spectrum Disorder. In this thesis we present the
results of two independent studies, the first to lay the foundation of the method (times,
stimulation design, processing) in a sample of 78 healthy adults, the second from the
results obtained in the first, refine the methodology for a group of 20 children between 8
and 12 years, the results of the second study used to justify its use in children with ASD
that present attention deficit.
KEY WORDS: binaural beats, attention, fast following response, “entrainment”.
vii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco al Profesor Don Manuel Recuero, Director de este Proyecto su
esfuerzo y dedicación, sus conocimientos, su experiencia, su paciencia, su motivación,
su visión crítica de muchos aspectos cotidianos de la vida, su rectitud en su profesión
como docente, sus consejos, que me han ayudado a formarme como persona e
investigador. Sin él este proyecto no hubiera sido posible. Muchas gracias, Manuel
Estoy igualmente en deuda con los voluntarios que participaron en los estudios,
con los niños y sus familias. Han soportado de manera admirable los momentos más
importantes de esta Tesis. Su colaboración y el ánimo con que la brindaron fueron
estimulantes.
A mis compañeros, Gerardo, Adrián, Fran y Rafael, con los que he compartido
interminables horas con buenos y malos momentos, gracias por su ayuda, su amistad,
sus consejos y que en los momentos difíciles en que pude ser inferior a sus expectativas
fueran pacientes con mis dificultades.
Mi agradecimiento a los Doctores: Ignacio Pavón, Francisco del Pozo, Fernando
Maestú, Emil Jovanov y Tomas Ortiz que prestaron una colaboran inestimable en la
realización del presente proyecto.
No puedo olvidar a los psicólogos Arantxa Palomino, Paula Villena y Helena
Gandía junto a la asociación APNA, ni al Centro Educativo Ramiro de Maeztu que
facilitaron sus instalaciones. En todo momento demostraron su disponibilidad y
colaboración inestimable. Su participación ha resultado imprescindible
Agradecimiento hacia los estudiantes que realizaron sus proyectos fin de carrera
conmigo, Borja Fernandez y Luis Gascó, su aportación también ha sido importante para
la finalización de esta Tesis
Un sentido agradecimiento a EU por su apoyo, honestidad, paciencia y
generosidad.
Por último, y no menos importante a mi madre por su constante apoyo, su
ejemplo de voluntad y dedicación a todo aquello que puede servir para que el ser
humano se realice.
A todos ellos, mi más profundo agradecimiento
1-INTRODUCCIÓN
El uso del sonido con una finalidad terapéutica y trascendente es tan antiguo
como el hombre, Son muchas las prácticas de la música con fines terapéuticos, y es
clásico el estudio que realizaron (Rauscher & Shaw, 1995), sobre los resultados en
pruebas de respuestas cognitivas después de escuchar música de Mozart durante 15
minutos. Paralelo al desarrollo científico, se han planteado hipótesis que justifican su
mecanismo de acción. Hoy en día, pesar de los resultados beneficiosos que se
describen, su explicación científica nunca ha sido demostrada.
Por un lado, los conocimientos sobre la actividad eléctrica cerebral se remontan
a finales del siglo XVIII Galvani describió la “electricidad animal” y más tarde se
demostró que el cerebro es capaz de producir corrientes eléctricas. Hans Berger, en
1924 dedujo que debían existir ondas cerebrales y pensó que podrían registrarse si se
instalaban electrodos sobre el cuero cabelludo y se amplificaba su señal. Este es el
origen del EEG. Posteriormente, se clasificaron los estados mentales con relación a las
ondas cerebrales en la tabla de Lesh. Con el paso del tiempo e investigaciones múltiples
llegamos a los conocimientos actuales en el uso del EEG
Por otro, Wilhelm Dove en 1839 describió la técnica de escucha binaural. R.
Monroe invento la técnica Binaural Hemi-Sync (sincronización de los hemisferios
cerebrales) y Oster en 1973 describió por primera vez el “pulso binaural”.
Desde esta fecha se inicia una catarata de aportaciones bibliográficas en
revistas de toda índole sobre los cambios de la actividad cerebral bajo estimulaciones
binaurales y en la actualidad existe un lucrativo mercado que vende mejoras
intelectuales, control del estrés y paz interior con el empleo de ondas binaurales, sin
embargo, como hemos comprobado en el trascurso de esta investigación la mayoría
carentes de rigor científico.
En los inicios de este proyecto nos plateamos estudiar los efectos terapéuticos
de la estimulación binaural en niños con trastornos del espectro autista en los cuales se
describen alteraciones del EEG. Este objetivo resulto inalcanzable en los límites de una
Tesis Doctoral. Había que andar un largo camino antes de abordar esta cuestión que
recorrimos con el presente trabajo.
2
Nuestro estudio de investigación y Tesis, pretende como su nombre indica crear
las BASES PARA UN DISEÑO METODOLÓGICO DE ESTIMULACIÓN BINAURAL
COMO TERAPIA ACÚSTICA EN NEUROLOGÍA, para lo cual se han estructurado 8
apartados.
En el inicio exponemos la justificación para su realización sustentada en dos
pilares fundamentales; El primero de ellos, el vacío de conocimiento de los fundamentos
científico- técnicos de la Bioingeniería en el campo de la estimulación binaural en
neurología, el segundo en los beneficios que aportaría terapéuticos, económicos y
sociales en un grupo de enfermedades neurológicas que en España constituyen más
del 50% de los enfermos dependientes crónicos.
Nos planteamos unos objetivos generales siendo uno de ellos realizar un
análisis completo del estado del arte sobre la aplicación de la musicoterapia y del uso
de ondas acústicas binaurales sobre la actividad cerebral reflejadas en un EEG, lo que
puso de manifiesto la carencia de rigor científico en la mayoría de los estudios
analizados. También es un objetivo general diseñar y analizar las estimulaciones que
consideramos oportunas en función de las revisiones del estado del arte y comprobar
mediante un estudio doble ciego si se producen diferencias EEG entre los grupos
experimentales y el grupo control con el fin de buscar una utilidad terapéutica en
determinadas neuropatologías
También planteamos en el proceso unos objetivos específicos basados en el
análisis de las alteraciones que se producen en el EEG, evaluando los cambios que se
producen en las ondas cerebrales, así como, la conectividad y coherencia inter-
hemisférica
Posteriormente establecimos la metodología utilizada. El apartado de material y
métodos es el más extenso como resulta preceptivo en este tipo de estudios. Se realizó
un estudio piloto con 80 adultos con el que además de los objetivos propuestos
realizamos la curva de aprendizaje de la metodología. Para este grupo diseñamos una
estimulación acústica experimental totalmente sintética mediante MATLAB donde
creamos un vector de tiempos a una frecuencia estándar de audio 44.1 kHz, para
después introducirlo dentro de una onda senoidal. Esta estimulación fue diseñada por
nosotros, para comparar los efectos de añadir más capas de las mismas frecuencias
biaurales en diferentes portadoras, partiendo de la hipótesis de que a más capas, mayor
sería el efecto que estábamos buscando tanto electrofisiológico como cognitivo.
3
Un segundo estudio se realizó en 20 niños y en el planteamos modificaciones
en la forma de realizar el estudio y valoración de resultados. Tras la primera experiencia
con el estudio piloto, decidimos proceder a estimular únicamente la banda de interés,
en este caso las tareas de atención están relacionadas con la banda beta por lo que
nuestra estimulación binaural estará comprendida en el rango de frecuencias beta,
concretamente en los 14 HH.
Para conseguir un sonido más agradable, con menos energía en las altas
frecuencias, que el que acompaña a la estimulación comercial, en ambos estudios
realizamos un filtrado paramétrico del ruido rosa.
En el apartado de la discusión, analizamos los resultados que aparecen
ampliamente expuestos en los anexos y los comparamos con los presentados por otros
autores en estudios similares. También evaluamos la posibilidad de que la
estimulación sonora tenga utilidad terapéutica en el futuro con los enfermos
neurológicos.
En el último apartado del trabajo se exponen las conclusiones a las que hemos
llegado que demuestran que se objetivan cambios electroencefalográficos tras la
estimulación acústica binaural. Finalmente hacemos una propuesta de mínimos en la
metodología de los estudios científico con uso de estimulación binaural.
4
5
2-JUSTIFICACION
El presente trabajo de investigación encuentra su justificación en cubrir un vacío
de conocimiento en el campo de la Bioingeniería a fin de dotarla de fundamentos
científico-técnicos para su utilización con determinados enfermos. Al mismo tiempo,
consideramos que aportaría gran número de beneficios terapéuticos, económicos y
sociales en un grupo de enfermedades neurológicas que presentan trastornos
encefalográficos.
Los avances tecnológicos y la Bioingeniería han aportado muchos conocimientos
en el estudio del cerebro y las enfermedades neurológicas. Las Neuropatologías se han
convertido en el interés de muchas iniciativas dentro del campo de la Bioingeniería. Nos
encontramos en el “siglo del cerebro”, donde se comienza a evaluar el funcionamiento
del cerebro como un todo en el que se identifican grupos de neuronas que realizan
diferentes tareas. En la actualidad es posible hacer registros de la actividad neuronal y
desarrollar nuevos algoritmos capaces de realizar medidas de conectividad cerebral.
Robert Monroe fue pionero en el empleo del sonido para modificar estados de
conciencia. Cada tipo de onda cerebral se corresponde con un determinado estado
físico y psíquico. Si fuésemos capaces de inducir una onda determinada de algún modo
lograríamos un control sobre nuestro estado. Con este fin, en las dos últimas décadas
se está usando la estimulación binaural a diferentes frecuencias en determinadas
enfermedades neurológicas para disminuir la ansiedad, favorecer la relajación o
mejorar la atención y memoria.
Los tonos binaurales son sensaciones auditivas subjetivas, que se producen
como resultado de recibir dos tonos de frecuencias ligeramente diferentes en cada oído.
Fueron descubiertas por Heinrich Wilhelm Dove en 1839. Posteriormente, Gerald Oster
describió el pulso binaural en referencia al sonido binaural indicando que este sonido
tenía efectos en la corteza cerebral. El sonido se convierte en una señal eléctrica creada
por ambos hemisferios funcionando al unísono. A partir de este momento encontramos
en la literatura múltiples aportaciones sobre las respuestas cerebrales a estimulaciones
acústicas binaurales.
La habilidad para procesar los tonos binaurales parece ser el resultado del
proceso evolutivo. Gracias al hecho de que las características en frecuencias de las
señales auditivas y las frecuencias de las ondas cerebrales son parecidas, el sistema
reticular comienza a procesar la información proveniente de la señal auditiva, creyendo
6
que esta información proviene de las ondas cerebrales (Smith et al., 1975; Wahbeh et
al., 2007). Este término se conoce en la literatura bajo el nombre de “entrainment”.
La terapia con sonido es prometedora en cuanto podría permitir la mejora de
síntomas de forma sencilla, económica y disponible para todos. Si con ello se disminuye
el consumo de la medicación, y se eliminan los efectos secundarios asociados, sería un
mayor éxito.
En los estudios disponibles se describen muchos avances con el empleo del
sonido en enfermos neurológicos, pero en ellos encontramos el problema del poco rigor
científico a la hora del método seguido ya que su base científica se basa en ensayos
“prueba-error”. Esta falta de rigor científico sin duda está basada en la enorme
complejidad que conlleva este tipo de trabajos.
La incidencia del TAE es cada vez mayor. Pasamos de identificar en la década
de 1970 un caso de autismo por cada 2.500 niños a 1 por cada 170 en el momento
actual. Esto supone que nos encontramos ante una verdadera crisis sanitaria, social y
económica.
Los niños con TEA presentan diversa sintomatología. El desorden por déficit de
atención, es un rasgo común con un descenso del intervalo de atención, impulsividad y
en algunos casos aumento de la actividad motora.
También se ha demostrado en el trastorno del espectro autista una asimetría
hemisférica con exceso de actividad theta en el hemisferio derecho, lo que sugiere un
fallo selectivo en el hemisferio izquierdo (Cantor et al., 1986; Dawson et al., 1995; Bolduc
et al., 2002; Lazarev et al., 2004; De Fosse et al., 2004; Changdana et al., 2005; Herbert
et al., 2005; Robert Coben et al., 2008).
La finalidad por tanto de esta TESIS es establecer la base y metodología de
como las ondas binaurales pueden modificar las ondas cerebrales y la conectividad
hemisférica. Los cambios en los patrones eléctricos cerebrales y en la conectividad son
características comunes en los trastornos neurológicos y ambas se encuentran
modificadas en el Trastorno de Espectro Autista. Por lo que en un futuro esta terapia
se podría utilizar como hasta ahora viene usándose el neurofeedback con estos sujetos.
Para contrastar los resultados de manera objetiva y subjetiva nos enfocaremos en el
Déficit de Atención que presentan muchos de los sujetos con TEA, y así correlar los
resultados cuantitativos del análisis del EEG con los resultados de las pruebas
cualitativas (test).
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Existen estudios que sugieren una relación entre TEA y el ratio theta/beta (Chan
and Leung; 2006, Coben et all; 2008). También existen estudios que sugieren el
tratamiento con neurofeedback aplicado a la disminución del ratio theta/beta (Kouijzer
et al; 2009). Partiendo de esto planteamos la hipótesis de poder modificar la potencia
espectral en la banda beta, resultando también en una modificación de dicho ratio.
La investigación en sonido con finalidad terapéutica es un tema complejo que
requiere un grupo multidisciplinar formado por ingenieros, físicos, neuropsicólogos y
músicos. Se plantean graves problemas a la hora de elegir una estimulación concreta
en función de los resultados que queremos obtener. Esto se une a la enorme dificultad
que entraña medir la eficacia de los resultados ya que resulta muy laborioso hacerlo con
precisión.
Justificamos la realización del presente trabajo de investigación con el fin de
dotar de fundamentos científico-técnicos este campo de estudio y conseguir desarrollar
una metodología científica para el uso ondas binaurales que sincronizadas con las
ondas cerebrales aporte beneficios terapéuticos, económicos y sociales en un grupo de
enfermedades neurológicas que presentan trastornos encefalográficos.
Un gran número de enfermedades neurológicas presentan trastornos de las
ondas cerebrales. Son patologías muy frecuentes que afectan a cualquier grupo de
edad. En España, más del 50% de los enfermos dependientes crónicos lo son por
enfermedades neurológicas. Estas enfermedades constituyen un grave problema social
y sanitario que supone un enorme gasto económico, pero también, un gran desgaste
psicofísico del entorno familiar.
Además de las ayudas económicas, la investigación es uno de los pilares
fundamentales para la esperanza de estos enfermos y de sus familias. Por esto, es
importante la realización de proyectos de innovación tecnológica como en el que
presentamos en esta tesis que puedan aportar nuevas informaciones y terapias
complementarias para mejorar la vida de estos enfermos.
Crear un modelo metodológico para el empleo de ondas binaurales capaces
de sincronizar con las ondas cerebrales utilizado con fines terapéuticos cubriría un
vacío de conocimiento, supondría un gran avance en algunas enfermedades que
presenten patrones encefalográficos anormales siendo su repercusión social enorme
por el gran número de enfermos con estas patologías. Además, generaría un gran
ahorro económico ya que su aplicación conlleva gastos mínimos.
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El desarrollo de esta metodología ha de seguir las bases de una teoría
sinergética considerando que nos encontramos en el seno de Ciencias de la
Complejidad, es decir una ciencia multidisciplinar que nos permite obtener una visión
global del problema frente a las visiones parciales y especializadas de las diferentes
ciencias. Para ello es necesario un equipo multidisciplinar previamente constituido y
coordinado entorno a este grupo de enfermos.
Para el desarrollo de esta metodología y valoración de la modificación en el
patrón de las ondas cerebrales hemos elegido su aplicación en una patología concreta
como es el trastorno de déficit de atención e hiperactividad que presentan algunos
enfermos del espectro autista.
Esta elección la justificamos en el hecho de que estos enfermos aunque no
tienen un patrón especifico, presenta unas características especiales,
electroencefalográficas. La mayoría muestran una actividad eléctrica cerebral más lenta
para la edad cronológica con una relación theta/beta superior a la de los niños que no
presentan este trastorno.
Otro motivo que justifica esta elección es el hecho de que entorno a estos niños
se crease el equipo multidisciplinar.
9
3- OBJETIVOS
Este proyecto requiere un equipo multidisciplinar, ya que son necesarios
conocimientos en bioingeniería, clínico-psicológicos, manejo y control del entorno donde
se realicen las estimulaciones, análisis matemáticos complejos, etc. Aun así, creemos
que los beneficios que pueden surgir justifican todo el esfuerzo que supone realizar un
proyecto como este, y somos conscientes de su dificultad.
A continuación pasamos a describir los objetivos generales y específicos:
3.1-GENERALES
1. Realizar un análisis completo del estado del arte sobre la aplicación terapéutica de
los sonidos.
2. Realizar un análisis del estado del arte sobre el uso de ondas acústicas binaurales
y la actividad cerebral resultante en un EEG, así como sus efectos cognitivos.
3. Diseñar y analizar mediante Matlab las estimulaciones que consideremos oportunas
en función de las revisiones del estado del arte.
4. Establecer la metodología que será usada en un futuro con enfermos neurológicos,
comprobando primero su validez con los dos estudios que se presentan en esta
tesis.
5. Demostrar, utilizando EEG, que con estímulos auditivos aplicados de forma
diferenciada a cada oído, se puede inducir un aumento significativo de la actividad
cerebral, en el rango de frecuencias correspondiente a la diferencia expresada en
Hz, entre el espectro del estímulo que se presenta en el oído derecho y el espectro
del estímulo que se presenta en el oído izquierdo. Comprobando mediante el estudio
doble ciego, las diferencias en los efectos cognitivos y electrofisiológicos entre los
grupos experimentales y el grupo control.
6. Evaluar la posibilidad de que la estimulación sonora sea útil en neuropatologías a la
vista de los resultados del estudio piloto.
7. A la larga, mejorar la vida de enfermos neurológicos, disminuyendo tratamientos
químicos e incluso quirúrgicos.
a. En el caso de los TEA, mejorando su comunicación y relajación.
b. En el caso de Párkinson, mejorando temblores, rigidez muscular y estado de
ánimo.
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3.2-ESPECÍFICOS
1. Evaluar si se produce “entrainment” o arrastre a las frecuencias buscadas
2. Evaluar si existe cambio de las frecuencias cerebrales que se pueden observar en
el EEG antes y después de la estimulación.
3. Evaluar de forma completa todo posible cambio en la señal de EEG provocada por
la estimulación: forma de onda, frecuencia, densidad espectral, diferencias de fase,
etc.
4. Evaluar la conectividad y la coherencia interhemisférica como un parámetro valido
para medir los efectos de las estimulaciones acústicas utilizadas en esta tesis.
5. Observar si se produce un aumento significativo en la banda beta relacionada con
los procesos atencionales.
6. Correlar los posibles cambios en las bandas espectrales con los resultados en los
test cognitivos.
7. Evaluar si los efectos de la estimulación de forma continuada son más efectivos que
la estimulación puntual.
8. Análisis estadístico completo.
a. Analizar los efectos cognitivos.
b. Analizar los resultados encontrados en el EEG.
El análisis, nos permitirá demostrar si se producen las modificaciones previstas
de acuerdo con las características del estímulo auditivo. También, del resultado del
análisis, podremos deducir, que modalidad de estimulación, es la más eficiente para
producir un cambio significativo de la actividad cerebral
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4-ESTADO DEL ARTE
4.1-EL SONIDO COMO TERAPIA
El sonido se ha utilizado desde tiempos inmemoriales con una finalidad que va
mucho más allá de la mera musicalidad y son muchas las tradiciones en el mundo que
muestran el sonido como una fuerza primordial. Los antiguos textos Vedas de la India
afirman: “Y al principio fue Brahma, con quien estaba la palabra”, y fue el sonido (mantra)
OM el medio por el cual se creó el universo.
El uso de la música y el sonido con una finalidad terapéutica y trascendente es
tan antiguo como el hombre.
4.2-APROXIMACIONES SIN FUNDAMENTO CIENTÍFICO
Son muchas las prácticas de la música con fines terapéuticos, y a lo largo de
este apartado haremos una recapitulación de diferentes técnicas. El problema común
de las mismas es uno fundamental: la imposibilidad de demostrar su funcionamiento
desde el punto de vista científico, lo que lleva asociado tener que explicar el
funcionamiento desde un punto de vista basado muchas veces en el misterio, o incluso
en la fe.
En este momento es fundamental explicar el estudio que realizaron (Rauscher &
Shaw, 1995), donde motivados por las predicciones de un modelo estructural neuronal
del córtex, sometieron a 36 estudiantes a la prueba de escuchar la Sonata para dos
pianos en Re Mayor de Wolfgang Amadeus Mozart durante 15 minutos, para
inmediatamente después someterles a pruebas de razonamiento espaciotemporal, y
estas mismas pruebas se pasaron a otros dos grupos (música relajante y silencio
absoluto). Los resultados fueron significativos: los que habían escuchado a Mozart,
sacaron 9 puntos por encima de los otros grupos.
Este estudio es importante puesto que fue el precursor de posterior literatura,
entre la que destaca Don Campbell (Campbell, The Mozart Effect: Tapping the Power of
Music to Heal the Body, Strengthen the Mind, and Unlock the Creative Spirit, 2001) el
cual admitió en la revista Time lo siguiente: “Creo que no podemos probar nada o
desechar nada [...] para ser honestos, todavía no hemos comprendido bien porque la
música tiene semejante influencia sobre el cerebro”
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4.2.1-Efecto Mozart
Consiste en la eliminación de síntomas de enfermedades a través de la práctica
de tocar algún instrumento (Bangerter & Heath, 2004). Un ejemplo de esto sería Ronald
Price (catedrático de música que tocaba la trompa), que diagnosticado de Parkinson,
decidió aprender a tocar el arpa, considerado antiguo instrumento de curación. Después
de horas tocando, los síntomas desaparecían por completo. Cuando pasaban días sin
tocar, los síntomas volvían a aparecer.
4.3-APROXIMACIONES CIENTÍFICAS
Encontramos a Tomatis y a su discípulo Bérard como los precursores de la
musicoterapia con verdadero fundamente científico.
4.3.1-Alfred Tomatis y su oído electrónico
Las investigaciones de Alfred Tomatis han proporcionado un mejor conocimiento
de la función auditiva y su relación con el lenguaje y la energía vital.
El Método Tomatis fue descubierto y perfeccionado por Alfred Tomatis, médico
francés especializado en otorrinolaringología. Dedicó una gran parte de su actividad
profesional a estudiar la relación existente entre el oído y la voz, y, por extensión, entre
la escucha y la comunicación.
El “efecto Tomatis” concluye: la voz no puede emitir lo que no percibe el oído y,
por consiguiente, el habla refleja cómo se oye en la fonética, la dicción y la musicalidad.
Su actividad investigadora se centró en cómo mejorar la calidad de esta audición
perdida.
Uno de sus mayores exitos fue la creación del “oído electrónico”, aparato con el
que filtraba estímulos sonoros (música barroca y canto gregoriano principalmente) para
conseguir la recuperación de la audición del paciente.
Según se puede consultar en los informes que describen la organización
(Tomatis Developement), sus descubrimientos fueron probados científicamente en el
laboratorio de fisiología de la Sorbona y dieron lugar a comunicados en la Academia de
Ciencias y la Academia de Medicina de Paris en 1957 y 1960.
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4.3.2- Bérard y su Earducator
Discípulo de Tomatis, el doctor Guy Bérard ideó otro método, que consiste
principalmente en la hiperaudición relativa. Este programa se aplica con otro aparato
diferente, el cual pretende mejorar el umbral de audición del sujeto por igual para todas
las frecuencias.
Bérard define la hiperaudición relativa como el problema de algunas personas
para escuchar ciertas frecuencias mejores que otras, con lo que el afectado percibe los
sonidos distorsionados.
Con ello se busca realizar un “Adiestramiento de Integración Auditiva”, con el
que se reorganizan los sistemas en el cerebro para mejorar la audición y las
capacidades de procesamiento sensorial de manera que el cerebro no esté
sobrecargado con información desorganizada.
4.3.3-Experiencias en neuropatologías
Existen diferentes estudios que explican de forma parcial como el sistema motor
es sensible a la estimulación auditiva, además de explicar la interacción entre ritmo y
movimiento como un gran esfuerzo para estos pacientes desde un punto de vista
perceptual, psicológico y neuroanatómico (Ma, Hwang, & Lin, 2009) y (Fernadez del
olmo, Arias, Furio, Pozo, & Cudeiro, 2006).
También existen evidencias de que ciertas músicas mejoran la precisión de los
brazos y dedos en pacientes de Parkinson (Bernatzky, Bernatzky, Hesse, Staffen, &
Ladurner, 2004).
Otros estudios importantes demuestran que la música tiene la capacidad de
acelerar el proceso de regeneración de neuronas, demostrando mejoras orgánicas y
funcionales (Fukui & Toyoshima, 2008), donde se aclara que los mecanismos
subyacentes se desconocen todavía.
Se ha comprobado también que el sonido es capaz de modificar los ritmos de
nuestro latir del corazón, la respiración y los electroencefalográficos (Emil Jovanov;
2009). Si tenemos en cuenta que los diferentes ritmos que aparecen en el
electroencefalograma corresponden con diferentes estados de conciencia (relajado,
14
concentrado, dormido, etc.), parece sencillo “a priori” inducir al sujeto a diferentes
estados mediante la estimulación acústica correspondiente.
El funcionamiento cerebral posee un gran dinamismo, rasgo coherente con la
naturaleza de la música, por lo que cabe esperar que un sonido apropiado, pudiera ser
capaz de modificar el dinamismo cerebral. Realmente, incluso los estudios más
completos han sido realizados mediante ensayo “prueba-error”, por lo que la importancia
de una perspectiva tecnológica (que abarca esta TESIS) es importante.
Debemos ser conscientes de que este carácter dinámico produce por otra parte
la imposibilidad de establecer una relación entre la señal recibida y su procesado. Es
decir, que nos encontramos frente a un sistema (cerebro) que no siempre va a responder
de la misma forma, ya que puede estar influido por múltiples factores (cansancio, estado
de ánimo, tipo de alimentación, etc.). En el mundo de la ingeniería habitual (sin
interactuar con personas) solemos diseñar un aparato cuyo comportamiento
controlamos perfectamente, por lo que desde el punto de vista de la ingeniería, se
presenta como un reto/problema el suponer al cerebro alguna característica estable.
También existe una literatura amplia sobre el uso de estimulaciones acústicas
aplicadas al TEA, recogida en una muy buena revisión de la Cochrane (Gold, Wigram,
& Elefant, 2010), donde se concluye que el uso de la musicoterapia tiene efectos
positivos en los problemas de comportamiento y en las habilidades comunicativas para
estas personas, aunque la duración de estas mejoras parece corta en el tiempo y no se
sabe su duración a largo plazo. Sería útil también que los resultados de los estudios
estuvieran unificados, para saber cómo afectan distintas frecuencias e intensidades.
Entre las técnicas que se utilizan en el TEA destaca la Tomatis (descrita en el
punto 4.3.1) y algunas similares, como el uso de la voz de la madre filtrada por el efecto
que produce el paso del sonido a través de un líquido, simulando el líquido amniótico
(Sollier, 1995).
4.3.4-Experiencias con estimulación binaural
Con el desarrollo del EEG, cada vez se hace más evidente que ciertas
frecuencias pueden inducir cambios en el EEG, por ejemplo las ondas binaurales en el
rango delta (1-4 Hz) están asociadas con el sueño, las que se encuentran en el rango
theta (4-8 Hz) están asociadas con una actividad cerebral lenta, mientras que las del
rango alfa se asocian a estados despiertos relajados (8-13 Hz). Las ondas binaurales
15
en el rango beta (16-24 Hz) ocurren en estados de alerta y concentración (Lane et al.,
1998)
El tono binaural se produce cuando dos tonos de diferente frecuencia pero
próximos se presentan de forma separada cada uno por un oído, esto da como resultado
que se perciba un tercer tono, cuya frecuencia es la diferencia de las primeras (Oster,
1973). Este tercer tono binaural sólo se produce cuando la diferencia entre las
portadoras se encuentra entre 2 y 30 Hz (Perrott and Nelson, 1969). Es más, se sugiere
que aquellas frecuencias portadoras que se encuentran entre 200 y 900 Hz son más
efectivas para generar el tono binaural que aquellas que se encuentra por encima de 1
kHz (Wahbeh et al., 2007; Pratt et al., 2010). Sin embargo recientemente se ha sugerido
que la fuerza perceptual del tono binaural se mantiene bastante débil (Grose et al., 2012).
Numerosos estudios sugieren que la escucha de tonos binaurales puede mejorar
la cognición y el comportamiento de diferentes maneras. Por ejemplo en 1998 Lane et
al, proporcionaron evidencias de efectos directos sobre el desarrollo psicomotor y del
comportamiento después de la estimulación binaural a 7 Hz. Además Kennery (1996),
encontró mejoras significativas en la memoria tras la estimulación en el rango beta con
sujetos que presentaban trastorno por déficit de atención. También encontramos
resultados positivos en estudios sobre la susceptibilidad hipnótica, aumentando
después la estimulación los niveles de susceptibilidad (Brady and Stevens, 2000), junto
con otros que informan de la reducción de los niveles de ansiedad (Le Scouarnec et al.,
2001; Padmanabhan et al., 2005) y reducción de las clasificaciones de gravedad con
tinitus (David et al., 2010).
En contraste con estos resultados encontramos estudios que encuentran que
las ondas binaurales no producen tales efectos buscados, en la influencia hipnótica
(Stevens et al., 2003), no se encuentran tampoco cambios en la presión sanguínea y en
la frecuencia cardiaca (Carter, 2008), ni tampoco se mejora la hiperactividad (Susan
Kennel, 2010).
En 2010 Susan Kennel estudio los efectos de la estimulación binaural para
reducir los efectos de falta de atención en adolescentes. Este estudio confirmó la utilidad
de las ondas binaurales. Fue un estudio aleatorio doble ciego y con grupo control
placebo. 20 adolescentes escucharon 20 minutos de estimulación, 3 veces a la semana
durante 3 semanas. Usaron análisis TOVA, y varios test como el Color trails y el
homework Problem Checklist para evaluar el cambio cognitivo. No se encontraron
resultados estadísticamente significativos aunque el feedaback de todos los padres fue
bastante positivo.
16
Es difícil averiguar porque hay tantas diferencias en los resultados, esto aumenta
los motivos por lo que son necesarios nuevos estudios con rigor científico sobre los
efectos de las ondas binaurales. Uno de los motivos de encontrar resultados tan
diferentes puede ser debido aproximaciones metodológicas diferentes lo que puede
afectar al potencial de la ondas binaurales, pero esto es difícil de saber a priori ya que
sólo algunos de los estudios mencionados anteriormente incluyen la monitorización de
los efectos que se producen en el EEG como son los de Brady and Stevens, 2000 y
2003.
Se considera que las frecuencias binaurales producen un efecto de “entrainment”,
algunas veces mencionado en la literatura como “fast following response” (FFR), en la
actividad cortical y esta modificación tiene el potencial de producir un cambio en el
comportamiento (Vernon, 2009). Según Hink et al (1980) la FFR aparece en el
troncoencéfalo, aunque todavía no se conoce de forma precisa como se extiende los
cambios en la actividad electrocortical después de la exposición a la estimulación
binaural y existen contradicciones en la literatura revisada. Como por ejemplo, algunos
informan de cambios en la amplitud en la región media central (Cz) (Schwarz and Taylor,
2005), mientras que otros estudios no encuentran evidencia de dichos cambios
(Wahbeh et al., 2007). Estas diferencias en los resultados obtenidos pueden ser debidas
al uso de metodologías distintas, sobre todo, la naturaleza y la frecuencia de las
portadoras usadas así como el tiempo de estimulación.
Con todo esto, actualmente está surgiendo un consenso sobre los cambios de la
actividad cortical en las zonas temporales con la exposición a frecuencias binaurales
(Karino et al., 2004, 2006; Pratt et al., 2010). Por ejemplo, Karino et al. (2006), encuentra
una activación de las zonas temporales donde se sitúa la corteza auditiva después de
la estimulación binaural en el rango theta (4 Hz y 6.6 Hz). Más recientes son los estudios
de Pratt et al. (2010) que observan la activación de la zona temporal izquierda después
de la estimulación binaural en el rango delta (3 Hz) y theta (6 Hz).
Actualmente los estudios que hemos encontrado, tienen efectos en 3 de las
bandas tradicionales del EEG: cambios en delta (Kennerly, 1996; Pratt et al., 2010), en
theta (Brady and Stevens, 2000; Karino et al., 2004, 2006; Pratt et al., 2010) y en gamma
(Schwarz and Taylor, 2005). Sin embargo no se han encontrado cambios para las
bandas beta y alfa, siendo uno de los objetivos específicos de estas investigaciones que
presentamos en la Tesis, la modificación de la banda beta.
Existen estudios enfocados en el aumento de la potencia beta utilizando
biofeedback que han demostrado mejorar los procesos atencionales tanto para
17
pacientes clínicos (Fuchs et al., 2003; Monastra et al., 2006), como para participantes
sanos (Rasey et al., 1996; Egner and Gruzelier, 2004).
Otro de los puntos a estudiar en esta Tesis, es como afecta el tiempo de
estimulación en los resultados
En 1991 Foster examinó los efectos de la estimulación en el rango alfa,
combinado con neurofeedback. Los resultados de este estudio sugieren que la
combinación de ambas técnicas, da como resultado un aumento en la producción de
ondas alfa cuando se compara con el grupo que sólo había recibido neurofeedback, más
interesante aun de este estudio es que el grupo que sólo recibió estimulación binaural
fue el que obtuvo una mayor producción de ondas alfa.
En el 2011 C. Kasprzak, experimentó los efectos de la estimulación binaural en
20 sujetos, con una frecuencia portadora de 100 Hz a 73 dB SPL y durante 20 min. En
este estudio se encontraron resultados positivos estadísticamente significativos en la
modificación del arousal cortical. Además encontraron el efecto del “entrainment” a 10
Hz para 4 sujetos.
Además de las muchas aplicaciones comerciales que existen sobre el uso de la
frecuencias binaurales parece que estas también ayudan a acceder a estados
meditativos de manera más profunda y más rápidamente. Las técnicas de meditación
se utilizan para acceder a estados alterados de conciencia, el desarrollo de la atención
sostenida y de la percepción, reducen el stress y aumentan las actitudes positivas
(Baruss, 2001). Se han encontrado patrones específicos de EEG en meditadores
cuando se comparaban los estados basales de estos y los de personas que nunca
habían meditado.
En 2011 Lavalle C y S Koren realizaron un estudio con 8 sujetos, la mitad eran
meditadores y la otra mitad eran novatos, ambos grupos fueron sometidos a dos
estimulaciones binaurales diferentes, una de 7 Hz para facilitar la meditación y una de
15 Hz para dificultarla. Los resultaros evidenciaron que los novatos presentaron menos
potencia en theta y más en gamma par la condición de 15 Hz. Estos resultados sugieren
que los meditadores expertos han desarrollado a lo largo de los años de práctica, como
mantener estados profundos de meditación bloqueando cualquier estímulo externo.
Encontramos pocas referencias científicas sobre el estudio a tratar, debido a que
es un campo totalmente novedoso el que nos ocupa. Se necesita el desarrollo de
estudios doble ciego, bien diseñados para poder establecer una sólida base sobre estos
sonidos, la mayoría de los beneficios documentados vienen de casos individuales o
18
grupos muy pequeños que pueden estar afectados por el efecto placebo. La tecnología
binaural es muy barata y cualquier logro en esta área es de interés público. El objetivo
de esta investigación es explorar el potencial de las ondas binaurales, en particular en
el área de las tareas que requieren atención y concentración.
19
5-FUNDAMENTOS TEORICOS
5.1-SINCRONIZACIÓN
El mecanismo por el cual se produce la sincronización de las ondas cerebrales
con estímulos acústicos externos se ha desarrollado gracias a los estudios realizados
sobre apareamiento, sincronización o “entrainment”.
“Entrainment” (sincronizar): es el "fenómeno por el cual dos procesos rítmicos
interactúan uno con otro de modo tal que se van ajustando y eventualmente se acoplan
en una fase o periodicidad común" (Clayton et al. 2004, p.2).
Esta idea se desarrolló a partir de estudios físicos en el campo de la mecánica
durante el siglo XVII. Inicialmente aludían a movimientos oscilatorios simples.
El fenómeno “entrainment” fue descubierto por el físico Cristian Huygens, cuando
en 1966 observó que dos péndulos de reloj, funcionando de manera separada, con su
movimiento oscilatorio y diferentes periodos, pasado un tiempo, tenían el mismo
periodo. Anteriormente, en 1920 un importante trabajo teórico preliminar presentado por
Appelton y van de Pol, demuestra como la frecuencia de un oscilador puede ser
sincronizada por una señal débil de una frecuencia aproximada.
La explicación aceptada, es que pequeñas cantidades de energía se transfieren
entre los dos sistemas cuando estos están fuera de fase creando un feedback negativo.
Con “negativo” nos referimos al signo del multiplicador en los modelos de realimentación
matemáticos. En el feedback negativo el sistema responde en dirección contraria a la
perturbación, de modo que este signo multiplicador de salida de una señal se añade o
se mezcla con la entrada de la otra señal hasta que se sincronizan. En contraposición
con un feedback positivo, el sistema responde en la misma dirección que la
perturbación, resultando en una amplificación de la señal original en vez de una
estabilización de la señal. Ambas la positiva y la negativa, requieren de una
realimentación en bucle para operar, en oposición al “feedfoward” que no depende del
bucle de realimentación para controlar el sistema.
Existen dos componentes básicos involucrados en todos los ejemplos de
“entrainment” (Clayton, Sager, and Will; 2004):
1 Deben de existir dos o más procesadores rítmicos u osciladores autónomos: Como
autónomos nos referimos a que si los dos osciladores están separados y no
interaccionan, deben poder oscilar por ellos mismos. Las oscilaciones deben ser un
20
proceso activo que requiere de una fuente de energía interna. La resonancia no se
considera un “entrainment”. Por ejemplo un diapasón produciendo ondas dentro de una
caja de resonancia cuando se quite cesaran las resonancias en la caja. Esto es
importante ya que el hecho de observar un comportamiento sincronizado o variaciones
sincrónicas no implica necesariamente un “entrainment”.
2 Los osciladores deben interactuar. En la mayoría de los casos la interacción es débil,
como en la demostración de los relojes de Huygens. Una unión fuerte introduciría una
fuerte limitación en los osciladores y perderían su individualidad
En la segunda mitad del siglo XX el físico británico Lord Rayleigh describe la
sincronización de dos órganos de tubo ligeramente diferentes, e introduce la diferencia
entre las oscilaciones forzadas y las mantenidas (Rayleigh, 1945). Al principio no
parecieron tener relación este descubrimiento con el de Cristian Huygens, pero después
del desarrollo de Poincare, para trabajar con sistemas no lineales complejos, fue posible
explicar las observaciones de Huygens y Rayleigh, en términos de interacción de
sistemas no lineales. En los sistemas lineales, los cambios en una variable producen
cambios predecibles en la variable dependiente, mientras que en los sistemas no
lineales, pequeños cambios en una de las variables producen cambios imprevisibles en
la variable dependiente.
La física clásica ha desarrollado un método para describir el mundo físico de un
modo simple, en forma de ecuaciones lineales, esto significa que teniendo las
condiciones iniciales de un sistema podemos predecir su comportamiento y estados
futuros. El único problema es que existen numerosos sistemas, como el del péndulo de
Huygens, que no pueden ser descritos mediante ecuaciones lineales. La solución para
estos casos es la linealización, es decir, la mayoría de los sistemas no lineales pueden
describirse aproximadamente mediante ecuaciones lineales si se considera un solo
rango del comportamiento (el movimiento del péndulo se puede describir
aproximadamente si sólo consideramos los pequeños movimientos de amplitud). El
comportamiento de todo el sistema puede describirse como la suma de los
comportamientos de sus partes. Pero muchos sistemas no funcionan así. La mayoría
de las veces, cuando las partes de un sistema interactúan, cooperan o compiten,
producen interacciones no lineales.
Actualmente sabemos que los sistemas complejos no lineales con
comportamiento caótico son la regla, no la excepción. A mediados del siglo XX en
estudios de sistemas químicos y biológicos alejados del equilibrio. Se consolida la
21
teoría sinergética, de aplicación interdisciplinaria, establece la cooperación espontánea
de diferentes subsistemas dentro de un sistema, lo que permite la formación de
estructuras, espaciales, temporales y funcionales más complejas. Esta teoría va a servir
como punto de partida para la aparición en los años 80 de las Ciencias de la
Complejidad, como un conjunto de disciplinas que defienden la creación de ciencias
multidisciplinares para obtener una visión global de un determinado problema frente a
las visiones parciales y especializadas de las diferentes ciencias .
La psicofísica constituye un ejemplo sencillo de ciencias de la complejidad al
unir parámetros puramente físicos con respuestas psicológicas. En línea con la física
cuántica, sólo puede predecir valores que indican probabilidades, el resultado de una
medición psicofísica no refleja el estado del sistema “per se” sino el estado del sistema
bajo observación, requiere de experimentos con sujetos distintos y una interpretación
estadística de los resultados.
Las ciencias de la complejidad están destapando relaciones ocultas entre
sistemas tan dispares como un hormiguero, un cerebro o la economía. Son sistemas
que mantienen un diálogo constante entre sus elementos constituyentes y el todo.
Desde la complejidad, los físicos hablan de fenómenos de cooperación, de la memoria
y la inteligencia, del lenguaje o la economía.
Los elementos naturales como una célula o una neurona, constituyen los
llamados “sistemas complejos” que poseen una descripción matemática en la geometría
fractal denominándose cuerpos fractales, sobre los cuales la mejor manera de
estudiarlos es de un modo multidisciplinar.
5.2- GRADOS Y FASES DEL ENTRAINMENT
Cuando dos o más osciladores interactúan, la sincronización no es automática
y algunas veces no sincronizan del todo. Los factores que determinan si dos osciladores
sincronizaran y las distintas posibilidades son los siguientes.
Primero: no todos los osciladores sincronizaran, para ello los periodos de cada
uno deben ser próximos (Aschoff, 1979).
Segundo: la sincronización puede ser más o menos fuerte y más o menos rápida
(Chapple, 1970)
Tercera: existen dos aspectos de “entrainment” que no tiene por qué coexistir,
22
una es la sincronización en tiempo o en frecuencia donde los periodos de los dos
osciladores se ajustan hacia una relación sistemática, la otra es la sincronización
de fase o reajuste de fase (phase-locking), donde los puntos centrales ocurren
en el mismo momento.
Cuarta: dos osciladores sincronizados tienen dos posibilidades de reajuste de
fase, llamadas sincronía y antisincronía, por ejemplo el modo de andar (cuando
un pie está arriba el otro está abajo). Estas posibilidades se pueden obtener
matemáticamente mediante la teoría de los osciladores acoplados. El
movimiento general de dos osciladores acoplados puede considerarse como la
superposición de dos modos normales de oscilación de frecuencias angulares
wa y wb. Stewart y otros deducen a partir de este hecho que “el origen más
probable de esta concordancia de la naturaleza con las matemáticas está en la
arquitectura de los circuitos del sistema nervioso que controla la locomoción”
(Strogatz y Stewart, 1996).
La relación entre dos osciladores puede estar: retrasada, en sincronía y
adelantada. Cuando la relación es adelantada o atrasada las diferencias de fase se
expresan en ángulos.
La identidad de frecuencias se mantiene para un cierto rango de diferencias de
frecuencias naturales, sin embargo, dos osciladores que inicialmente tienen una
diferencia de frecuencia y fase pequeña, ajustan sus ritmos y empiezan a oscilar con
una frecuencia común.
Según su acoplamiento, se pueden distinguir dos clases principales de
sincronización: acoplamiento unidireccional y bidireccional. En el primer caso, el sistema
global formado por dos subsistemas, tiene una configuración conducción-respuesta (o
amo esclavo). Esto implica que un subsistema evoluciona libremente llevando la
evolución del otro, en el segundo caso, los dos subsistemas están acoplados uno al
otro, este acoplamiento induce una modificación del ritmo a una sincronización común,
esta situación ocurre en fisiología, entre el sistema cardiaco y el respiratorio o entre las
neuronas interactuantes.
Para entender como dos osciladores interactúan es importante entender el
mecanismo de un solo oscilador aislado. Un oscilador es un sistema que genera un
comportamiento periódico. Una función )(tf es periódica sí y sólo sí existe un número
real Ω, tal que )( ntf )(tf , para todos los números enteros n . Donde Ω es el
23
periodo de la función )(tf y 1/Ω la frecuencia de oscilación, esta definición de función
periódica establece que cada valor de la función periódica debe repetirse cada Ω
unidades de tiempo. A diferencia de la definición periódica de libro, las oscilaciones
biológicas presentan variabilidad en cada ciclo, las oscilaciones biológicas se entienden
como si fuesen conducidas por un oscilador con un periodo Ω que cambia a lo largo del
tiempo, es decir son conducidas por un oscilador no estacionario. El periodo del
oscilador en este caso se representa como una fase que combina posición y velocidad
para mostrar el rango entero con todos los posibles estados.
La fase Ø describe conjuntamente la posición y la velocidad del oscilador, como
una fracción del ciclo de oscilación: ./t .Todos los sistemas que generan un
comportamiento periódico atraviesan una curva cerrada en el phase-space. En el phase-
space, el movimiento ideal del péndulo es en forma de círculos, en sentido de las agujas
del reloj, el 0 de fase se sitúa en las 3 en punto, ya que es el punto de velocidad 0 y
máximo desplazamiento.
5.3- ENTRAINMENT Y BIOLOGÍA. SINCRONIZACIÓN NEURONAL
El concepto de sincronización, se ha extendido más allá del ámbito de la física,
al observar que muchos fenómenos naturales y culturales presentaban manifestaciones
periódicas. El fenómeno de “entrainment” no se basa en un simple proceso físico, sino
que describe una tendencia compartida por un gran número de sistemas biológicos y
físicos.
El cuerpo humano presenta múltiples ejemplos de existencia de ritmos
endónenos que funcionan como relojes biológicos: el ritmo cardiaco, respiración, la
circulación sanguínea, locomoción, parpadeos, secreción de hormonas, ciclo menstrual
de la mujer y muchos otros. Bernieri, Reznick y Rosenthal sugieren que: “el
comportamiento humano se entiende que ocurre rítmicamente y por lo tanto puede ser
redefinido en término de ciclos, periodos, frecuencias y amplitudes.”(1998:224).
Los seres vivos interactúan y se relacionan entre sí constituyendo un sistema
abierto con múltiples interconexiones. Existen numerosos ejemplos de procesos y
situaciones naturales en los que se producen ajustes recíprocos hasta que sincronizan
su frecuencia temporal: luciérnagas que se iluminan en sincronía, los ritmos de habla
que se ajustan en las conversaciones, los ciclos “sueño-despierto” que se sincronizan
con el ciclo de 24 horas de día y noche, los periodos de menstruación en las alumnas
de un internado se sincronizan en el tiempo, pájaros en una parvada aletean sus alas
24
simultáneamente, el corazón de un caballo galopando se contrae una vez por un ciclo
locomotor.etc.
Con los trabajos de Santiago Ramón y Cajal se demostró la individualidad
neuronal, una neurona funciona como un sistema oscilatorio autónomo. Grupos de
neuronas que realizan la misma función actúan como un sistema acoplado. Si
extrapolamos lo que ocurre en el campo de la física, la sincronización neuronal, va a
depender de la fuerza de acoplamiento y de la diferencia de frecuencias.
El cerebro se rige por dos principios, el de la especialización y el de la integración
neuronal. La integración funcional da lugar a una respuesta coordinada de las neuronas
. La conectividad cerebral es el punto de unión entre la especialización e integración,
limita de algún modo la actividad neuronal aislada para integrarla en patrones de
conectividad permitiendo que respuestas parciales se integren en una respuesta única.
Las sinapsis son las estructuras que trasmiten los mensajes y sus acciones dependen
de un aprendizaje previo, la existencia de sustancias moduladoras y procesos como el
aprendizaje o la atención. Una misma área anatómica puede tener diversos mapas de
conectividad que actúan en función del estado de las sinapsis.
La neurociencia actual se basa en la denominada doctrina de la neurona,
postulado que considera el cerebro humano constituido por billones de neuronas
especializadas en funciones concretas que se conectan a través de las sinapsis con
otros elementos neuronales similares formando redes que responde de modo unitario
a determinados estímulos
Leman y Tononi sugieren que cuando hay una estimulación se produce una
activación sincrónica entre las neuronas de la parte del cerebro que ha sido estimulada.
Esta activación sincrónica de las neuronas provoca que esa área funcione como un gran
oscilador.
La sincronización neuronal se resume en tres apartados:
1- La mayoría de funciones del cerebro se describen mejor como un conjunto distribuido
de neuronas que trabajan de forma sincronizada y cooperativa.
2- La actividad sincronizada es debida en gran parte a las propiedades oscilatorias
(Basar, 1983; Núñez et al 1993). Las propiedades oscilatorias de las neuronas del
sistema central se deben a sus características electroquímicas.
25
3- La actividad cooperativa y oscilatoria de las neuronas puede observarse, entre otras,
en la base de acción de la coordinación sensomotriz (Llenas 1998).
Ahora bien, si consideramos una de nuestras hipótesis, que las neuronas
funcionan como osciladores, estas corresponderían al grupo de los osciladores auto
sostenible, los cuales están sujetos a una fuerza externa periódica.
Un ejemplo de este tipo de sistema oscilador auto sostenible son los relojes
biológicos. La pregunta que se plantea es ¿cuál es el controlador externo?, una
respuesta posible es que sería un sistema externo responsable del control de rotación
periódica de la tierra alrededor de su eje y del sol. Definitivamente esta acción es
unidireccional y periódica.
5.4- ENTRAINMENT: PERCEPCIÓN Y RESPUESTA A ESTÍMULOS
El concepto de “entrainment” también se extiende al ámbito de las ciencias
sociales, y psicología. Paul Frisase (1963) recalcó la importancia del movimiento
periódico en la percepción del tiempo. Desde entonces, muchos psicólogos cognitivos
entre los que destacan Mari Ríes Jones y sus colaboradores (1976 y 2002) mantienen
que la percepción, la atención y la expectación son procesos rítmicos sujetos a un
“entrainment” en relación con el estímulo.
Evidencia de que el “entrainment” existe proviene de experimentos que se
iniciaron con estímulos táctiles en gatos (Pompeyano, O. and Set, J.E. 1962), en monos
(Walter, D.O. and A dey, W.R. 1966) y humanos (Walter, D.O. and A dey, W.R. 1966).
También hay trabajos que demuestran que nuestro sistema biológico puede
sincronizarse con estímulos auditivos, tal es el caso de funciones rítmicas como la
respiración o la frecuencia cardiaca (Goldman, J., 1992).
Otros estudios demuestran la sincronización de estímulos auditivos con
movimientos motores. (McIntosh, G.C.; Taut, M.H. and Rice, R.R, 1996., Safranek,M.;
Koshland, G.and Raymond, G. 1982.; Thaut, M.H et al.; 1992.; Thaut, M.H. et als ; 1993,
McIntosh, et al. 1996).
Los movimientos sutiles de las personas en las conversaciones también pueden
sincronizarse ante un estímulo auditivo (Condon, W.S., 1975)
26
Muchos otros trabajos demuestran la sincronización de las ondas cerebrales
con estímulos auditivos como son Gerken, G. M., Moushegian, G., Stillman, R. D., y
Rupert, A. L. (1975); Sohmer, H., Pratt, H., y Kinarti, R. (1977); Stillman, R. D., Crow,
G., Moushegian, G.; Rodenburg, M., Verweij, C. and Van den Brink, G. (1972).
En la medida en que estos artículos informan, la sincronización auditiva sólo
ocurre en un nivel localizado, debido probablemente a los breves periodos de
estimulación que están involucrados.
El hecho es que el “entrainment” se produce de manera multi-modal con
numerosos estímulos. En la literatura, se usa el término “frecuency following response”
para describir este fenómeno.
5.5- ENTRAINMENT Y MUSICA.
La música es un estímulo acústico al que ha estado sometido el hombre desde
su prehistoria, y considerada una forma de evolución del lenguaje humano, el cual
proporcionó un mecanismo que incremento la capacidad de su memoria. La música
está formada por tonos que varían a lo largo del tiempo. La melodía es el ejemplo más
simple de mensaje musical y entre sus atributos están: tonalidad, modulación y ritmo.
El mecanismo nervioso que analiza un mensaje musical presta atención sólo a las
transiciones de altura. Según M. Jones es la periodicidad de la atención a la
percepción métrica la que produce el “entrainment”.
M. Jones y Cols, consideran que la percepción y expectación escuchando
música se coordinan por el “entrainment” de lo que se escucha con arreglo a las
siguientes bases.
1- Los seres humanos son inherentemente rítmicos con “ritmos perceptuales
sintonizables”, que se ajustan a patrones de tiempo en el mundo físico.
2- El ajuste se produce con una sincronía en fase y periodo.
3- El ajuste o “entrainment” varía gradualmente.
4- Muchas de las estructuras de la vida real están asociadas con formas jerárquicas y
coherentes.
27
El ajuste de patrones de tiempo, supone una estructura de tiempo jerárquico
(aquella en la que la distribución de los marcadores temporales, comienzos y puntos
fuertes, revelan niveles de tiempo relacionados unos con otros, mediante una ratio o
transformaciones de tiempo aditivas). Ejemplos de transformaciones aditivas de tiempo
son los cambios graduales de velocidad, cambios de tiempo musicales.
La mayoría de los compases musicales son ejemplos de transformaciones
simples de ratio entre por lo menos dos niveles de tiempo distintos pero anidados, uno
es el nivel de tiempo de referencia, el periodo de beat, el otro es un periodo de orden
superior basado en un número fijo de periodos de beat, la medida (Jones y Boltz 1989)
En resumen, Jones y Boltz consideran que los ritmos percibidos provocan una
expectación en los oyentes basándose en el contexto actual y en los esquemas
musicales de experiencias previas. Igual que las personas tienen osciladores
perceptuales y de atención, diseñados para adaptarse automáticamente a osciladores
externos, estos también se ven influenciados por nuestras propias capacidades
cognitivas.
Large y Kolen en 1994 presentaron “un modelo matemático del “ajuste” para
modelar la percepción de la estructura métrica. Este modelo está formado por una red
de osciladores de distintos periodos nativos que se ajustan simultáneamente con las
componentes periódicas de una señal rítmica en diferentes tiempos y con la salida de
uno a otro”.
En la misma línea Eck, Gasser y Port (2000) describieron un sistema formado
por una pareja de osciladores que pueden ser modelados, cada oscilador termina
ajustándose con uno de los tres pulsos de un estímulo musical con métrica ternaria.
Justin London (1995) y Robert Gjerdingen (1993) utilizaron el concepto de
“entrainment” en su estudio de la "métrica compleja" citando el "nivel de referencia" de
Jones (1995). Gjerdingen propone modelamientos del ritmo en forma de ondas
sinusoidales mejor que duraciones discretas. Robert y Justin establecen modelos
similares.
Paul Fraisse (1963) recalcó la importancia del movimiento periódico en la
psicología del tiempo.
28
La progresiva ampliación del concepto de “entrainment” desde fenómenos
mecánicos de movimientos oscilatorios simples, a la química, la biología, la psicología
incluso fenómenos sociales y culturales, hacen que muchas veces este concepto
aparezca intercambiable con el de sincronización, Sin embargo, en su formulación
original “entrainment” se refiere a la interacción de dos o más osciladores.
5.6- ENTRAINMENT ACÚSTICO (EA)
Si el lenguaje del cerebro se debe a su codificación neuronal, entonces la
expresión del cerebro se debe a su tipo de ritmo y sus tiempos. El tipo de ritmo se debe
a la sincronización o desincronización selectiva en la codificación neuronal, que es la
encargada de proporcionar la actividad sensorial de todo lo que sentimos, hacemos y
pensamos (Collura, 2009). Berger (1929) observó cuatro ritmos principales- el alpha,
beta, theta y delta- en sus primeras grabaciones de EEG, a partir de entonces se
empezó a prestar una especial atención a la estimulación sensorial rítmica y en sus
posible efectos en el cerebro.
La estimulación acústica puede tomar diversas formas y generar diferentes
efectos clínicos y subjetivos. La forma más simple de estimulación es presentar clicks al
sujeto y observar el resultado en el EEG, el “entrainment” acústico, a diferencia de la
estimulación acústica lo que busca es estimular una frecuencia determinada, en este
caso denominamos el proceso “open loop” o no contingente. El proceso puede
convertirse en contingente o “close loop” cuando los parámetros del feedback se
obtienen de las propiedades del EEG. La estimulación contingente aumenta la
posibilidad de aprendizaje para que ocurra sin ningún tipo de esfuerzo voluntario.
Cuando se le presenta la información al cerebro las posibilidades de condicionamiento
clásico y condicionamiento operante aparecen.
Hay muchas maneras de hacer la estimulación contingente en el EEG, entre ellas
se encuentran las aproximaciones de Carter et al (1993), Davis (2005) y Collura (2009).
Estos métodos se pueden dividir en dos: sensitivos a la fase (Davis, 1992) y sensitivos
a la frecuencia.
5.6.1 Efectos del “entrainment” acústico
- Alterar la actividad del EEG.
- Disociación.
29
- Estabilización límbica.
- Mejora la producción de neurotransmisores.
- Alterar el flujo sanguíneo del cerebro.
Es muy importante volver a recalcar la diferencia entre estimulación acústica y
“entrainment” acústico, escuchar música es una estimulación acústica ya que es
aleatoria y no sigue ninguna organización. El “entrainment” es un estímulo repetitivo y
continuo a una frecuencia determinada y con una fuerza suficiente para excitar el tálamo
y el neo córtex. La transmisión directa de energía se consigue mediante la presión de
los cilios de la cóclea, el nervio auditivo (Medial geniculate), (McClintic, 1978) transporta
los potenciales eléctricos hasta el tálamo, donde es amplificado y repartido a todas las
áreas límbicas y a las cortezas cerebrales a traves del “cortical thalamic loop”
5.6.1.1-alteración de la actividad en el EEG
Los efectos del AE se localizan principalmente en la zona frontal a lo largo de la
franja sensorial-motora, en las regiones parietales (zona someto-sensorial) y un poco
menos en la zona del córtex prefrontal. En estas áreas es donde se producen las
funciones ejecutivas. La activación motora y la actividad somato-sensorial. Es por eso,
por lo que se cree que la AE permite el tratamiento de una gran variedad de desórdenes
incluidos el pánico, ansiedad, problemas de atención, TPEP y degeneración cognitiva.
El AE con ojos cerrados a 18,5 Hz muestra un aumento en la actividad cerebral
del 21% en el vertex (Cz) (Frederick et al, 1999). LA estimulación audiovisual (AVE) a
esa misma frecuencia produce un aumento de la actividad cerebral del 49 %.
5.6.1.2- disociación e hipnosis.
La disociación se produce en diferentes grados cuando uno medita, hace
ejercicio, entra en estado hipnótico, lee un buen libro, etc. Se produce una desconexión
de los pensamientos. Esta disociación se produce aproximadamente a los 4-8 min de
aplicar el AVE apropiado, que se encuentra entre 7-10 Hz. (Lewerenz, 1963; Kroger
and Schneider, 1959, Glickson, 1987).
30
5.6.1.3- estabilización límbica.
La amígdala se activa por el miedo, la ansiedad y el stress, el hipotálamo controla
el funcionamiento autónomo, incluidos la tensión muscular, la respuesta electrodérmica,
el ritmo cardiaco, el tono arterial, la temperatura del cuerpo, el hambre y la saciedad. Ya
que sabemos que la AE se puede usar para normalizar la temperatura de las manos, la
relajación muscular, reducir la actividad electrotérmica, reducir el ritmo cardiaco y la
hipertensión, podemos especular que la AE puede producir efectos calmantes en las
estructuras límbicas.
5.6.1.4 - mejora de producción de neurotransmisores
Algunos estudios clínicos muestran una disminución en la depresión, ansiedad,
ideas de suicidio, después de programas de AVE (Gagnon y Boersma, 1992; Berg y
Silver, 2004).
5.6.1.5 -Altera el flujo sanguíneo del cerebro.
La AE produce un incremento en el nivel de glucosa del cerebro de más del 5%
e incrementa el flujo sanguíneo en el córtex estriado, con un pico del 28% a una
estimulación de 7,8 Hz (Fox y Raichle, 1985). Esta frecuencia coincide con la frecuencia
de resonancia de Schumann. También se han encontrado incrementos del CBF a través
de otras regiones del cerebro como las áreas frontales (Mentis et al, 1997: Sappey-
Marinier et al, 1992).
5.7 PSICOACUSTICA
Estudia la relación entre las propiedades del sonido y la interpretación que el ser
humano hace de ellas. Incluye una serie de conceptos que pretenden describir de
manera objetiva las variables que resultan de la sensación auditiva subjetiva de cada
individuo
La audición humana es binaural, cada oído recibe una información independiente
que se trasmite, procesa y en último lugar es interpretada en la corteza cerebral donde
comparando los impulsos nerviosos que produce cada sonido se produce lo que se
denomina fusión binaural. La corteza auditiva utiliza para el procesamiento del mensaje
auditivo, dos grandes circuitos funcionales, que son complementarios. Uno principal que
parte del área sensorial primaria (AI) alcanza la región posterior del córtex y la parietal,
el otro circuito tiene menor complejidad anatómica, pero de gran importancia funcional,
que conecta con la región anterior de la corteza temporal, sobre todo en el área AII.
31
La audición binaural permite determinar la localización de una fuente sonora en
función de la intensidad del sonido relativa en ambos oídos y el intervalo de tiempo de
llegada de la onda sonora a los receptores
Se ha demostrado que si combinamos linealmente dos tonos armónicos simples
de la misma intensidad, cuyas frecuencias difieren en unos pocos Hz la amplitud
resultante de la vibración fluctúa con una relación igual a la diferencia entre sus
frecuencias. Si los tonos están en el rango audible, el sonido resultante se percibe como
un tono simple cuya amplitud varia en razón de la diferencia, entonces decimos que
percibimos “batidos”.
Cuando dos tonos puros en el rango audible, difieren en frecuencia una cantidad
que se encuentra en el rango audible, resulta una nota que se denomina sonido
diferencial cuya presencia es el resultado de la disposición de ambos oídos.
5.7 ONDAS BINAURALES.
Cuando emites simultáneamente con dos diapasones de frecuencias
ligeramente distintas, el sonido que resulta oscila de manera periódica. Las
modulaciones que se producen reciben el nombre de batido, y su frecuencia es igual a
la diferencia entre las frecuencias de los tonos originales. Este tipo de señal denominada
monoaural se puede aplicar tanto individualmente un tono por cada altavoz o combinar
primero los dos tonos y luego emitirlos por el altavoz, siendo el resultado que se escucha
el mismo.
Otro fenómeno diferente se produce cuando utilizamos cascos estereofónicos e
introducimos cada señal de forma independiente por cada oído. En este caso los batidos
se percibirán, pero tendrán características completamente diferentes. Se denominan
ondas binaurales y requieren la acción combinada de ambos oídos.
El mecanismo físico de los batidos monoaurales es un caso especial de
interferencia de ondas. La amplitud del sonido resultante siempre es igual a la suma
algebraica de las amplitudes de los tonos originales, siendo la interferencia constructiva
a destructiva en función de la fase. Cuando f1 y f2 son muy próximas al sonar
simultáneamente la oscilación resultante tendrá una frecuencia f intermedia entre fi y f2,
y una amplitud modulada con frecuencia ∆f. Esta modulación de amplitud es lo que
conocemos como batido. Cuando las frecuencias se separan más, se incrementa la
frecuencia del batido. Si esta diferencia supera los 15 Hz el sonido comienza a volverse
32
áspero o rugoso. Finalmente, cuando el ∆f supera la banda crítica de fusión se perciben
dos frecuencias separadas.
Las ondas binaurales se descubrieron en 1839 por William Heinrich Dove, pero
hasta 1915 se consideraban un caso especial de ondas monoaurales ya que se pensaba
que cada oído escuchaba ambos sonidos y porque se transmitía esa energía acústica
a través del hueso del cráneo. Los problemas de conducción ósea se solucionaron
mediante el uso de cascos estereofónicos que aíslan la cabeza de la fuente del sonido.
La mayor diferencia que existe entre los sonidos monoaurales y los binaurales,
es que los últimos sólo se perciben cuando utilizamos tonos de baja frecuencia. Los
tonos binaurales se perciben mejor con una frecuencia portadora de 440 Hz, por encima
de esta empiezan a distinguirse peor y por encima de 1 kHz ya no pueden distinguirse.
Las condiciones experimentales y la intensidad de los sonidos junto con el tipo de
cascos pueden variar estos resultados. Por otro lado por debajo de los 90 Hz los sujetos
confunden la frecuencia binaural con los propios tonos que la producen.
Otra característica que distingue a los tonos binaurales es su “sonido sordo”. Los
tonos monoaurales producidos por sonidos de la misma intensidad pulsan desde el
sonido hasta el silencio como su forma de onda sugiere, mientras que los tonos
binaurales que surgen como combinación de dos tonos de la misma intensidad se
escuchan siempre. Los tonos binaurales son una ligera modulación de un sonido de
fondo alto. Oster intentó calcular la profundidad de la modulación y sugiere que son
aproximadamente 3 dB.
En los tonos monoaurales a medida que la diferencia en intensidad aumenta
entre las dos señales los batidos comienza a distinguirse menos. Por otro lado, los tonos
binaurales, presentan la misma fuerza independientemente de la intensidad de los
tonos. E Lehnhardt, descubrió que los tonos binaurales se perciben aunque una de las
señales este por debajo del umbral de audición. JJ Grohen estudió este fenómeno
trabajando con tonos de 200 Hz y encontró que los batidos eran perceptibles cuando
una de las señales tenía un volumen de 40 dB y la otra con 20 dB menos.
Cuando combinas tonos binaurales con un ruido que permita simplemente
enmascarar estos tonos, los tonos binaurales se seguirán escuchando modulando estos
el ruido, siendo la percepción del tono binaural mayor, esto fue explicado por L.A
Jeffress y sus colegas con el nombre de “Chance reinforcement”.
33
La escucha de tonos binaurales produce la ilusión de que estos sonidos se
encuentran en el interior de la cabeza. Cuando los tonos son poco frecuentes por
ejemplo menos de 3 en un segundo, tienes la percepción de que se mueven de atrás
hacia delante de la cabeza, si la intensidad de los tonos es diferente la percepción del
movimiento es elíptica. Este movimiento aparente se puede explicar por la conexión
entre las ondas binaurales y el mecanismo por el cual el cerebro percibe la dirección
del sonido. Para sonidos de baja frecuencia como los de los tonos binaurales, el sonido
se localiza principalmente detectando la diferencia de fase entre los sonidos que llegan
a los oídos. Los sonidos de baja frecuencia como tienen longitudes de ondas mayores
que el diámetro de la cabeza lo que producen es que el sonido viaje por la cabeza por
difracción.
Los batidos binaurales se producen en el troncoencéfalo a nivel del complejo
superior olivar que es el responsable de interpretar la diferencia de fase (Oster, 1973).
Por ejemplo si estimulamos el oído izquierdo con un tono de 110 Hz y el derecho con
un tono de 115 Hz, la diferencia de fase entre ambos es 5 Hz, y esta es la que se procesa
en el complejo superior olivar (Lane et al., 1998).
La habilidad para escuchar y procesar los tonos binaurales son resultado de una
asimilación evolutiva y estarían en función del tamaño del cráneo (Kasprzak, 2011).
Los tonos binaurales surgen como el resultado de la superposición de las
descargas neuronales en el nivel apropiado del canal auditivo, que se produce por la
llegada de la información de ambos oídos. Los tonos binaurales muestran como las
descargas neuronales en el nervio auditivo mantienen la información de la fase de las
señales recibidas (Kasprzak, 2011; Ozimek et al., 2008). El camino del nervio auditivo
hasta el cerebro permite el intercambio de información procedente de ambos oídos
antes de llegar al córtex, asegurando una escucha consciente. Este intercambio se
produce al menos en dos áreas del nervio auditivo: el complejo superior olivar, pequeña
masa de material gris localizada en la zona pontina ventral del sistema reticular
(encargada de la integración contralateral del Sistema auditivo) y de allí se transfiere a
otra zona, el colículo inferior (Schwarz, Taylor, 2005).
La escucha del tono binaural proporciona información al sistema reticular o
sistema de activación difusa, un área grande que se encuentra en el cerebro y que
parece una red inicialmente, se aceptaba que era un sistema activador difuso, que
regulaba el estado de alerta. Este concepto surgió a partir de trabajos realizados por
34
Moruzzi y Magoun en la década de 1940, donde trabajando con animales
anestesiados se estimulaba la FR y se apreciaba que la actividad eléctrica del
electroencefalograma pasaba del estado de sueño al de vigilia. Posteriormente, se
observó que no era una estructura difusa sino que, por el contrario, era todo un sistema
que constaba de grupos de neuronas bien definidos desde el punto de vista morfológico
y bioquímico. Fisiológicamente puede ser considerado como un sistema polisináptico
multineuronal, con axones que discurre en forma transversal y longitudinal, que no
transmite mensajes particulares (sensitivos, motores o autonómicos) y que reciben
señales y las asocia en una información general difusa que proporciona al resto del
sistema nervioso central (SNC).
Los estímulos sensoriales son capaces de determinar un efecto activador que
alcanza la corteza cerebral por medio de la formación reticular diencefálica y ocasionan
el despertar. La función de este conjunto de fibras ascendentes sería producir en las
neuronas un estado especial de actividad (evaluado mediante EEG), que las hace más
sensibles para recibir los impulsos que les llegan mediante las vías propioceptiva
consciente (internos) y exteroceptiva (externos).
Los tonos binaurales proporcionan información al sistema reticular. El SR toma
decisiones sobre alerta, concentración y lucidez. Si los estímulos internos (sentimientos,
comportamientos y creencias) y los externos (percibidos por los sentidos) no se
encuentran en conflicto con esta información, el SR modifica la actividad de las ondas
cerebrales ajustándolas a la frecuencia del tono binaural, esta es una función natural de
homeostasis. El cerebro regula las funcionas automáticas del cuerpo para mantener la
homeostasis de una forma natural, controlando y manteniendo la actividad eléctrica
cerebral. Gracias al hecho de que las características en frecuencia de los tonos
bianurales y las frecuencias de las ondas cerebrales son similares, el SR comienza a
procesar la información que proviene de la señal acústica, creyendo que esta
información viene directamente de la actividad eléctrica cortical (Smith et al., 1975;
Wahbeh et al., 2007). El término utilizado para este proceso de sincronización se conoce
en la literatura como “entrainment”.
Con el desarrollo del EEG cada vez se ha puesto más de manifiesto que ciertas
frecuencias pueden inducir cambios en el EEG, por ejemplo la estimulación binaural en
el rango delta (1-4Hz) está asociado con el sueño, mientras que las estimulación en el
rango theta (4-8 Hz) se relaciona con una actividad eléctrica lenta, aquellas que se
encuentran en el rango alpha (8-13 Hz) se asocian a estados de vigilia. Las frecuencias
35
binaurales en el rango beta, como las que hemos utilizado en nuestras investigaciones
(16-24 Hz) ocurren en estados de alerta y concentración (Lane et al., 1998).
Según Oster (1973) la percepción de un ritmo binaural puede aumentar al sumar
ruido, blanco o rosa.
Desde los trabajos de Oster, un número creciente de investigaciones han
estudiado los ritmos binaurales. Atwater en 1997 realizó medidas objetivas de estos
ritmos como respuesta de seguimiento de frecuencia (FFR) a estímulos auditivos con
un solo tono aplicado a ambos oídos pero diferenciado en un número determinado de
Hz.; Monroe (1985) utilizando EEG verificó que podía inducir determinados modelos de
ondas cerebrales utilizando los ritmos binaurales; Hink et al. 1980, sugieren condiciones
de estimulaciones acústicas que facilitan la alteración de las ondas cerebrales y de los
estados de conciencia. asociados con el ritmo binaural;
Hiew 1995, considera que el ritmo binaural en los rangos delta (1 a 4 Hz) y theta
(4 a 8 Hz) inducen estados de relajación, meditativos y creativos; Morris (1990) defiende
que facilitan la integración de lo sensorial; Wilson (1990) defiende su utilidad como
ayuda para dormir.
Waldkoetter et al 1997, ponen de manifiesto que la aplicación de ritmos
binaurales de baja frecuencia junto con una terapia cognoscitiva produce disminución
de la depresión en pacientes alcohólicos. Para Foster, los ritmos binaurales en la gama
de frecuencias alfa (8 a 12 Hz) incrementan las ondas alfa del cerebro y el ritmo binaural
en las frecuencias beta (16 a 24 Hz) ha sido asociado con un aumento de concentración
o vigilancia (Monroe 1985; Lane et al 1998 y Kennerly 1994). También se mejora la
memoria y en adultos con retraso mental y se produce un aumento de la focalización
(Guilfoyle et al, 1996),
Pueden darse circunstancias que influyan en la respuesta del individuo a
estímulos binaurales que nos explicarían las variaciones encontradas en los diferentes
estudios. De forma natural se producen ritmos neurológicos ultradianos, caracterizados
por cambios periódicos en la excitación y en los estados de conciencia Webb et al,
(1981),; Rossi (1986), Shannahoff-Khalsa (1991). Dichos ritmos pueden influir en la
efectividad de los ritmos binaurales. También ejercicios respiratorios, entrenamiento
autógeno, etc.
Hay que añadir que muchos estudios se han realizado con un número
insuficiente de sujetos y con técnicas no suficientemente controladas y/o explicadas.
36
La respuesta de seguimiento de frecuencia (FFR) (Atwater 1997), y los
potenciales evocados auditivos (PEA) proporcionan pruebas de la existencia del ritmo
binaural (Dobie RA, 1980).
5.8.1 Modelos de interacción binaural
Todos los modelos modernos de interacción binaural se basan en el concepto
de “lugar neuronal” (desarrollada por Jefress), como el mecanismo que extrae la
información interaural. Jefress sugiere que los retrasos interaurales se pueden deducir
a partir de unas unidades centrales que graban las coincidencias de los impulsos
neuronales de las parejas de fibras nerviosas más periféricas. Cada unidad central,
compara la información que viene de ambos oídos después de una serie de retrasos
internos como se muestra en el diagrama de bloques de la ilustración 1.
Ilustración 1.Mecanismo del lugar de Jefress. CC son las coincidencias del mecanismo neuronal de los dos oídos
Un parámetro clave en el análisis de la salida es la diferencia interaural del
retraso total producido por las dos señales monoaurales que llegan a un detector de
coincidencia determinado. Esta variable se denomina retraso de red interno, τ, para esa
unidad en particular. La media corta, del conjunto de salidas de coincidencia en función
37
del delay interno τ, es una aproximación de la función de cros correlación corta de las
señales neuronales que llegan a los detectores de coincidencia.
Un modelo analítico diferente basado en la cros correlación fue desarrollado por
Sayers y Cherry (1957), para describir las medidas tempranas de fusión y lateralidad.
En el modelo de Sayers y Cherry la función de cros correlación corta R (τ,t), está
formada por las señales de los dos oídos según la siguiente ecuación:
𝑅 (𝜏, 𝑡) = ∫ 𝑥𝐿(∝)𝑥𝑅𝜏
−∞(∝ −𝜏)𝑤(𝑡−∝)𝑝(𝜏)𝑑 ∝ [1.1]
Donde 𝑥𝐿 y 𝑥𝑅 son las señales del oído derecho e izquierdo. La función 𝑤(𝑡)
representa la ponderación en el tiempo de la operación de correlación corta y
normalmente suele ser una exponencial. La función 𝑝(𝜏) es del tipo 𝑒−𝑘|τ| y sirve para
enfatizar las aportaciones de los delays internos de pequeña magnitud, que se conoce
como “centralidad”. Como ocurre con todos los modelos de cross correlación, se
necesita un mecanismo adicional para tener en cuentas las diferencias de intensidad
interaural (DII), para esto Sayers y Serry introdujeron una constante proporcional a la
intensidad de la señal del oído derecho que se añade a los valores de R (τ,t), para la
cual τ es menor que 0 y otra constante proporcional a la intensidad de la señal del oído
izquierdo que se añade a los valores de R (τ,t)en la que τ es mayor que 0.
A continuación se extrae la posición lateral subjetiva utilizando la fórmula
estadística:
𝑃ˆ =𝐼𝐿−𝐼𝑅
𝐼𝐿+𝐼𝑅 [1.2]
Donde IL y IR son las integrales de la función de cros correlación corta de la
intensidad ponderada sobre los valores negativos y positivos de τ respectivamente.
Es importante tener en cuenta que los modelos de Sayers y Cherry se basan en
realizar la cros correlación de las señales originales en vez de la representación de
dichas señales después del filtrado que se realiza en la periferia auditiva.
38
5.8 ELECTROENCEFALOGRAMA.
El electroencefalograma (EEG) registra la actividad eléctrica de las neuronas del
encéfalo . Recoge los potenciales eléctricos generados por el cerebro y obtenidos por
medio de electrodos situados sobre la superficie del cuero cabelludo. Debido al gran
número de interconexiones neuronales y la estructura no uniforme del encéfalo, dicho
registro varía mucho con la localización de los electrodos, entre individuos y
dependiendo de la edad.
En 1870, Fritsch y Hitzig observaron que al estimular, mediante corriente
galvánica, determinadas áreas laterales de cerebros descubiertos se producían
movimientos en el lado opuesto del cuerpo. Posteriormente, R. Caton confirmó que el
cerebro es capaz de producir corrientes eléctricas. Sin embargo, los cambios eléctricos
son muy pequeños y se requiere ampliarlos para observarlos.
En 1928 Hans Berger ideó un método de registro de la actividad eléctrica
cerebral, descubriendo lo que se conoció como «ritmo de Berger». Posteriormente se
observó que variaba dependiendo de las zonas del cerebro y también en determinadas
circunstancias como el stress. Se ha avanzado mucho en este campo peo hasta el
momento no se pueden aislar funciones simples y el cerebro hay que estudiarlo como
un órgano total
5.8.1 Electrogénesis cortical
Un fragmento de corteza cerebral es capaz de producir actividad eléctrica
espontanea. Este fragmento se denomina generador. Las señales se producen como
consecuencia de la actividad sináptica, los PPSE (potenciales postsinápticos
excitadores) y los PPSI (potenciales postsinápticos inhibidores) se suman entre si y dan
origen a potenciales lentos que son las ondas registradas.
5.8.2 Sincronización de la actividad celular
Las señales corticales son consecuencia de la actividad neuronal. En un registro
normal se recoge la actividad de muchos miles de neuronas, Para conseguir una
actividad global es preciso que las neuronas se sincronicen. A mayor sincronía de los
generadores, se pueden observar ondas mayores y más lentas.
La sincronización está controlada por estructuras subcorticales,
fundamentalmente ciertos núcleos talámicos que actúan como los marcapasos
sincronizadores. También existen estructuras desincronizadoras.
39
5.8.3Sistemas de posicionamiento de los electrodos superficiales
Para captar la señal se utilizan diferentes tipos de electrodos en la actualidad se
emplean electrodos que están incluidos en una especie de casco elástico. El sistema de
colocar los electrodos superficiales más utilizado es el denominado “”diez-veinte”. Como
regla general, los electrodos del lado izquierdo llevan numeración impar y los del lado
derecho par. Los electrodos de la línea media reciben el subíndice «z» (por «zero», cero
en inglés).
5.8.4- Ondas del EEG.
Poseen amplitudes que varían de los 10 mV en registros sobre el córtex, a 100
V en la superficie del cuero cabelludo.
Dependiendo de la actividad cerebral, las frecuencias de estas ondas se mueven
entre 0,5 y 100 Hz. En algunas patologías presentan características específicas. Las
ondas alfa con frecuencias entre 8 y 13 Hz. Amplitud entes 20 y 200 V se registran en
sujetos normales despiertos, sin ninguna actividad y con los ojos cerrados,
localizándose sobre todo en la zona occipital.
Las ondas beta con frecuencias entre 14 y 40 Hz, se registran en regiones
parietales y frontal: hay dos subtipos fundamentales: las beta1 con una frecuencia doble
que las beta2 y las ondas beta2 que aparecen en situaciones de tensión.
Las ondas delta con frecuencias entre 4 y 7 Hz aparecen en la infancia en zonas
parietal y temporal. En situaciones de stress aparecen en adultos
Las ondas gamma poseen frecuencias inferiores a 3,5HZ aparecen en el sueño
profundo, en la infancia y en enfermedades cerebrales graves. .
La diferente actividad cerebral modifica el EEG y durante el sueño se producen
cambios espectrales muy notables.
En cada derivación el EEG representa una mezcla de frecuencias que pueden
ser separadas mediante un procedimiento matemático conocido como Análisis de
Fourier.
40
6-MATERIAL YMÉTODOS
La presente Tesis Doctoral, forma parte de un ambicioso proyecto multidisciplinar
cuya finalidad es el empleo de ondas binaurales como terapia acústica en
neuropatología. Esta Tesis constituye el primer paso y pretende crear un diseño
metodológico valido de estimulación binaural que pueda utilizado en posteriores
estudios.
Consta de dos partes. La primera la constituye un estudio piloto realizado en un
grupo de 78 individuos adultos sanos y diestros con los que se establecen las bases y
se lleva a cabo la curva de aprendizaje del empleo de ondas binaurales y su significado.
La segunda parte la constituye el estudio realizado en 20 niños sanos y diestros
con una edad comprendida entre 8 y 12 años.
La finalidad de ambos estudios es saber si existe una respuesta neurológica
significativa a la estimulación binaural y dejar establecidas las bases de sus aplicaciones
terapéuticas posteriores.
6.1 PRIMERA PARTE: ESTUDIO PILOTO
El objetivo de este primer estudio era el desarrollo de la metodología óptima para
la aplicación de estimulaciones binaurales en sujetos sanos, para más tarde en estudios
posteriores extrapolar la metodología en niños y por último en función de los resultados
obtenidos aplicar esta en Trastorno de Espectro Autista.
Como es lógico, de este primer estudio piloto para implementar la metodología,
obtuvimos muchas conclusiones para mejorar y poder aplicar en el siguiente estudio
que también forma parte de esta TESIS, las mejoras y los nuevos análisis introducidos
en la segunda fase quedan explicados en las conclusiones de este primer apartado
6.1.1 Muestra
Se convocó el reclutamiento de los sujetos sometido al estudio piloto, a través
de diferentes de diferentes medios, en el centro de Tecnologías Físicas Torres Quevedo
del CSIC, en la calle Serrano 144 de Madrid. Conseguimos reunir un total de 78 sujetos
voluntarios, (cuantas mujeres y cuantos hombres), todos diestros, con edad
comprendida entre los 20 y 30 años, de diferente perfil profesional y a con audición
normal (aunque esta se comprueba en una fase posterior mediante audiometría).
41
6.1.2 Instrumentación
Definimos ahora los parámetros a evaluar en el estudio piloto, estos son:
EEG
ECG
Audiometría
Test de los 5 dígitos
o Lectura
o Conteo
o Elección
o Alternancia
o Inhibición
o Flexibilidad
CARAS
o Aciertos
EMAV
o Calidad
o Atención
o Aciertos
o Velocidad de aciertos
6.1.2.1 audiometría
La audiometría se realizó siguiendo la norma (UNE 74-151-92, 1992), para
evaluar el nivel de audición en diferentes bandas de frecuencia y para cada oído. Nos
parecía importante el saber si alguno de los voluntarios podía no escuchar algunas de
las frecuencias de las portadoras y que por tanto alguna de las estimulaciones
binaurales tuviera un efecto distinto sobre el EEG.
Esta escala muestra los diferentes niveles de pérdida auditiva, medidos en dB
HL (decibelio Hearing Level).
Audición Normal (<25 dB HL).
Leve (26-40dB HL). Tendrá problemas para escuchar o entender habla suave y
murmullos, o conversaciones con ruido de fondo.
42
Moderada (41-55 dB HL). Tendrá problemas para escuchar o entender
conversaciones normales o conversaciones normales con un poco de ruido de
fondo.
Moderadamente severas (56-70dB HL). Tendrá problemas para escuchar o
entender conversaciones cotidianas o el timbre del teléfono.
Severas (71-90 dB HL). Sólo podrá escuchar sonidos fuertes, como
conversaciones muy altas, sirenas, o portazos
Profundas (+ de 90 dB HL). Tendrá problemas para escuchar sonidos como una
motocicleta o herramientas industriales.
6.1.2.2 Diseño de la estimulación acústica
Como el estudio es aleatorio doble ciego teníamos claro que había que diseñar
una señal placebo, junto con otras dos estimulaciones binaurales diseñadas para
cumplir los objetivos propuestos en esta Tesis. El motivo por el que se utilizaron dos
señales más, a parte de la de control, fue para poder luego comparar lo efectos de la
señal comercial utilizada y la nuestra y ver si encontrábamos diferencias en efectos con
señales de más capas binaurales. Recordemos que uno de los objetivos a conseguir
era la mejora en diversas áreas relacionadas con la atención.
Después de una extensa revisión de las tecnologías binaurales de uso comercial,
decidimos utilizar como estimulación experimental una diseñada por el TMI, que según
indica tiene efectos sobre la concentración.
A continuación procedimos a diseñar la segunda estimulación experimental
totalmente sintética mediante MATLAB, donde creábamos un vector de tiempos a una
frecuencia estándar de audio 44.1 kHz, para después introducirlo dentro de una onda
senoidal, que nos daba los valores que después eran guardados en formato .WAV de
forma diferenciada en dos canales (estéreo). Con ello creábamos un sonido audible a
partir de varios parámetros matemáticos (amplitud, nº de parejas de binaurales, nº de
portadoras, frecuencia de muestreo, codificación por muestras, etc.)
Ambas estimulaciones experimentales fueron enmascaradas con ruido rosa, por
dos motivos, primera; una de las propiedades de las señales binaurales según Oster,
es que no pierden su intensidad al ser enmascaradas por ruido, segunda; para conseguir
un efecto relajante en los sujetos sometidos al estudio (ya que la señal sin el ruido rosa
43
resulta bastante incómoda al ser escuchada y podrías afectar negativamente en el
objetivo de mejorar la atención.)
La señal placebo fue diseñada con el ruido rosa únicamente, sin ninguna de las
capas binaurales que formabas las dos estimulaciones experimentales.
Es decir, los sonidos se componen de forma simplificada de dos componentes:
Parejas de binaurales en diferentes ubicaciones del espectro (no presentes en
el placebo.
Ruido rosa (señal placebo)
Estimulación Estimulación
experimental I
Estimulación
experimental II Placebo
Rango dinámico -13.2 dB -18.03 dB -15.3 dB
Portadoras 6 personas 6 personas -
Tonos puros binaurales:
Portadora, (intervalo binaural)
200 Hz, (4 Hz)
250 Hz, (16 Hz)
100 Hz, (4 Hz)
200 Hz, (4 Hz)
250 Hz, (4 Hz)
300 Hz, (4 Hz)
500 Hz, (16 Hz)
650 Hz, (16 Hz)
750 Hz, (16 Hz)
900 Hz, (16 Hz)
No tiene
Frecuencia de muestreo 44100 Hz 44100 Hz 44100 Hz
Codificación por muestra 16 bits 16 bits 16 bits
Grupo Experimental I Experimental II Control
Identificador “Monroe” “ctb_csic” “placebo”
Tabla 1.Características de las estimulaciones empleadas
Estimulación placebo
El filtrado y las características de la señal placebo son las siguientes, teniendo
en cuenta el ruido rosa que acompañaba a la estimulación comercial.
Para conseguir un sonido con menos energía en las altas frecuencias de forma
que este fuese más agradable realizamos un filtrado paramétrico del ruido rosa.
Triple filtrado notch
44
o Filtrado variante desde 600 Hz a 1,2 kHz (Ancho de banda de 400 Hz)
o Filtrado variante desde 2 kHz a 4 kHz (Ancho de banda de 400 Hz)
o Filtrado variante desde 6 kHz a 12 kHz
Para dar espacialidad a la señal y hacer más abierto el sonido se realizó un
desfase de 90º entre los dos canales.
Ilustración 2. Estimulación placebo
Estimulación experimental I
Para el diseño del primer estudio piloto utilizamos como estimulación activa
aquella que seleccionamos de la empresa TMI, esta estaba indicada para enfocar la
atención y aumentar el nivel de alerta. Nos pareció acertado su uso porque nos
permitiría comparar los resultados que obtuviésemos con aquellos que supuestamente
dicen que produce. No hemos encontrado ninguna referencia sobre cómo llegan a una
conclusión empírica de dichos efectos, aunque si existen muchos informes por parte de
personas y profesionales que la han utilizado con resultados positivos.
La estimulación experimental activa está compuesta por el ruido rosa explicado
en el apartado anterior más 2 capas de frecuencias binaurales, con portadoras en 200
Hz y 250 Hz.
T= 10s
10s
Periodo (T) = 10s
Periodo (T)=10 s
90º
º12
3ªºº
11ºª
ªºº
90º
45
Para el análisis espectral de dicha señal determinamos la densidad espectral
mediante MATLAB, calculando los dos canales por separado para obtener la frecuencia
binaural de 4 Hz y 16 Hz.
Ilustración 3.Densidad espectral de potencia de la estimulación activa I (30 segundos de señal)
Estimulación experimental II
Esta estimulación fue diseñada por nosotros, para comparar los efectos de
añadir más capas de las mismas frecuencias binaurales en diferentes portadoras,
partiendo de la hipótesis de que a más capas, mayor sería el efecto que estábamos
buscando tanto electrofisiológico como cognitivo.
Introduciendo los diferentes valores de entrada (nombre, frecuencia de muestreo,
nº de bits por muestra y número de parejas de frecuencias binaurales) el código
diseñado en MATLAB nos daba como salida la posibilidad de crear cualquier
estimulación binaural, simplemente proporcionando las portadoras y la frecuencia
cerebral a estimular. Una vez diseñada, esta señal se mezclara con el ruido rosa
empleado en la señal placebo.
Esta estimulación contiene 8 capas de binaurales en lugar de 2 capas
(estimulación activa I) con la hipótesis de forzar mejor los cambios de los ritmos
cerebrales en el sujeto. Hemos seleccionado una portadora de 417 Hz para realizar la
estimulación binaural de 14 Hz, Además, al utilizar 417 Hz también estamos en un buen
rango de cara a las distorsiones que pueda introducir el equipo de cascos.
46
Los niveles de presión sonora de las señales utilizadas fueron los indicados en la tabla
2.
Audio comercial audio sintetizado Placebo audio
Canal L
Leq,1min 83.2 dB 78.3 dB 83.2 dB
LAeq,1min 75.3 dBA 72.9 dBA 75.3 dBA
Canal R
Leq,1min 84.6 dB 80 dB 84.6 dB
LAeq,1min 76 dBA 73 dBA 76 dBA
Tabla 2. Niveles de presión sonora
Aplicación de la señal.
Para la aplicación de las señales utilizamos unos auriculares Philips SHH9567,
las características se incluyen en el anexo I.
6.1.2.3 señales electrofisiológicas
Señal ECG
De modo secundario, fuera de los objetivos del presente estudio y en vistas a
continuar esta línea de investigación, recogimos la actividad del ECG usando la misma
matriz de donde se grababan los datos del EEG, añadiendo este electrodo en el canal
30. Existen diversos métodos para el análisis del pulso cardiaco (Malik, 1996).
Variables en el dominio del tiempo:
o Medidas estadísticas: SDNN (Desviación típica en el intervalo NN), HRV
(Desviación típica de las medias de los intervalos NN en segmentos de
5min)
o Medidas geométricas.
Variables en el dominio de la frecuencia:
47
o Potencia en diferentes rangos (en intervalos de 5 min)
o Potencia en diferentes rangos (en intervalos de 24 h)
Patrón del ritmo cardíaco: es interesante puesto que los métodos en el dominio
temporal y frecuencial comparten las limitaciones impuestas por la irregularidad
de los intervalos R-R
Ilustración 4. Electrocardiograma y su relación con las etapas del latido
La tendencia del ritmo cardiaco se calculó mediante MATLAB, también se usó
este para el cálculo de la media y desviación típica del ritmo cardíaco en el estado basal
y en los últimos 5 min de la estimulación. La señal una vez filtrada con un notch a 50 Hz
se introduce en MATLAB que realiza los siguientes cálculos:
Estimación de la línea de base para su eliminación (EEGLab daba un error en
este paso)
Suavizado de la señal
Detección de la ubicación del segmento R-R (R es el pico que pertenece al
complejo QRS, más arriba en la ilustración)
Calculo de la tendencia del ritmo cardíaco (en latidos por minuto), mediante una
detección de flanco de subida en la detección del segmento RR.
La gráfica resultante será del tipo que se muestra en la ilustración 5.
48
Ilustración 5. Evolución del ritmo cardiaco durante todo el registro.
Las gráficas de este tipo son escalonadas, siendo cada escalón: su altura que
se corresponde con la frecuencia cardiaca y su periodo entre latidos.
Señal de EEG
En la electroencefalografía se registran las corrientes iónicas que se crean dentro
de la neuronas en el cerebro, que al funcionar en pequeños grupos (clúster) son
susceptibles de ser registradas. Éstas corrientes iónicas se convierten en corrientes
eléctricas registradas por los electrodos. El EEG mide las corrientes superficiales,
recogiendo información del córtex, sin tener acceso a las corrientes que se generan en
áreas más profundas. Es un método muy sensible a los cambios más sutiles del córtex,
por lo que está indicado en diagnóstico, pronósticos e investigación de neuropatologías.
A largo plazo se busca encontrar patrones comunes del EEG en las distintas
neuropatologías y lograr poder modificar estas hacia patrones comunes en sujetos
sanos mediante la estimulación acústica.
Las decisión de utilizar EEG en la metodología atiende a varios factores de gran
importancia. El coste es barato manteniendo una buena resolución temporal, además
no es invasivo y de fácil manejo. A largo plazo se buscaría reducir al máximo el tiempo
y el número de electrodos necesarios de cara a trabajar en neuropatologías, ya que
muchos de estos sujetos no pueden someterse a periodos prolongados de registro de
datos.
Por todo esto, consideramos el EEG fundamental para contrastar el efecto de las
estimulaciones acústicas, esperando ver diferencias intrasujeto e intersujeto entre los
sujetos del grupo control y los grupos experimentales.
49
En este primer estudio piloto en el análisis de los registros de EEG, queremos
poner de manifiesto:
Si se produce “entrainment” en las bandas de interes que corresponden a las
frecuencias de las estimulaciones binaurales.
Cambios en la potencia de los ritmos cerebrales
o centrándonos en las bandas de interés (4 Hz, 10 Hz, 16 Hz, 25 Hz, 35HZ)
Conectividad de áreas neuronales
o centrándonos en las bandas de interés (4 Hz, 10 Hz, 16 Hz, 25 Hz, 35
Hz)
o con ancho de banda de 4 Hz
Para el registro de las señales de EEG hemos utilizado Brain Vision Recorder,
un software propietario de Brain Products usado en investigación clínica. Una vez
grabadas las señales fueron analizadas con EEGlab una toolbox de Matlab de código
abierto, esta presenta funcionalidades muy interesantes como eliminación de línea de
base, eliminación de artefactos, ICA, análisis tiempo/frecuencia y diferentes modos de
visualización.
Los algoritmos para el cálculo de la densidad espectral por banda y de la
sincronía fueron:
La transformada discreta de Fourier
𝑋(𝜔) = ∑ 𝑥[𝑛]𝑒−𝑗𝜔𝑛∞𝑛=−∞ [1.3]
Los algoritmos para el cálculo de la conectividad que utiliza HERMES son:
Coherencia (COH)
Mide la correlación lineal entre dos variables x(t) e y(t) como una función de la
frecuencia. Se trata del módulo de la función coherencia (K) al cuadrado, la cual es el
ratio entre la densidad espectral de potencia cruzada, Sxy(f) y sus respectivas
densidades espectrales de potencia Sxx(f) y Syy(f).
50
𝐾𝑥𝑦(𝑓) =𝑆𝑥𝑥(𝑓)
√𝑆𝑥𝑥(𝑓)∙𝑆𝑦𝑦(𝑓) [1.4]
Por lo que la coherencia se define como:
𝐶𝑂𝐻𝑥𝑦(𝑓) = |𝐾𝑥𝑦|2
=|𝑆𝑥𝑦|
2
𝑆𝑥𝑥(𝑓)∙𝑆𝑦𝑦(𝑓) [1.5]
La coherencia tiene valores que se mueven entre 0 y 1.
Phase Locking Value (PLV)
Estima como la fase relativa se distribuye sobre el círculo unidad. Cuando hay
una fuerte sincronización de fase entre X e Y, la fase relativa ocupa una pequeña porción
del círculo y PLV está próximo a 1. Si los sistemas no están sincronizados, la fase
relativa se difunde a lo largo del círculo unidad y PLV se mantiene baja. Las medidas de
PLV miden la variabilidad inter-ensayo de esta diferencia de fase en cierto tiempo. En la
literatura, PLV también es conocido como la Coherencia de Fase Media (Mean Phase
Coherence) cuando se trabaja con datos continuos, en lugar de respuestas evocadas.
𝑃𝐿𝑉 = |⟨𝑒𝑗∆𝜙𝑟𝑒𝑙(𝑡)⟩| = |1
𝑁∑ 𝑒𝑗∆𝜙𝑟𝑒𝑙(𝑡)𝑁
𝑛=1 | = √⟨𝑐𝑜𝑠∆𝜙𝑟𝑒𝑙(𝑡)⟩2 + ⟨𝑠𝑖𝑛∆𝜙𝑟𝑒𝑙(𝑡)⟩2 [1.6]
El valor del PLV está acotado entre 0 y 1.
Phase-Lag Index (PLI)
Esta medida descarta distribuciones de fase centradas en 0 (ó π). Esto la hace
más robusta frente a la presencia de fuentes comunes (conducción volumétrica o
referencia activa).
𝑃𝐿𝐼 = |⟨𝑠𝑖𝑔𝑛(∆𝜙𝑟𝑒𝑙(𝑡𝑛))⟩| [1.7]
Esta medida está acotada entre 0 y 1.
Weighted Phase-Lag Index (WPLI)
Versión ponderada de PLI, esto hace que la medida sea menos sensible al ruido
y a la conducción volumétrica debido a la no continuidad de PLI. Es adecuada para
medir pequeñas magnitudes de fase. Esta medida pondera PLI mediante la función ζ
(X), que es la parte imaginaria del espectro cruzado de x(t) e y(t).
51
𝑊𝑃𝐿𝐼 = |⟨|ζ(X)|𝑠𝑖𝑔𝑛(ζ(X))⟩|
⟨|ζ(X)|⟩ [1.8]
Este valor está acotado entre 0 y 1.
Índice ρ (RHO)
Este índice está basado en la entropía de Shannon. Cuantifica la desviación de
la distribución de la fase cíclica relativa sobre la distribución uniforme, aproximando la
densidad de probabilidad por las frecuencias relativas del histograma de fases relativas.
𝜌 =𝑆𝑚𝑎𝑥−𝑆
𝑆𝑚𝑎𝑥 [1.9]
Donde Smax es la entropía máxima (de la distribución uniforme) y S es la entropía
de la distribución ΔΦrel(t).
Este valor está acotado entre 0 y 1.
6.1.2.4 evaluación cognitiva.
El objetivo era tener una medida cualitativa de los resultados en relación a la
atención de manera que pudiésemos asociarlos a los cambios esperados en el EEG,
Era de vital importancia la selección de test que posteriormente se pudiese utilizar en
TEA. Tanto la selección, como aplicación y la corrección fueron realizadas por
psicólogos colegiados que trabajan en APNA. De los resultados de estos se pretender
obtener si se producen estos cambios buscados y sobre todo si estos son los test más
adecuados para evaluar las mejorías en la atención que es lo que nos ocupa en esta
TESIS, existen numerosos métodos de evaluación de la atención, por lo que dar con los
test indicados para el caso que nos ocupa era de vital importancia.
Fueron utilizados los siguientes test validados:
Test de percepción de diferencias
Conocido habitualmente como test de “caras” tiene su origen en los estudios de
(Thurstone & Thurstone, 1941). Preparado con el objetivo de apreciar la rapidez del
sujeto para percibir detalles y discriminar objetos, es decir, para detectar semejanzas y
diferencias (al igual que otras pruebas que exploran las aptitudes perceptivo-
imaginativas). Es un test muy utilizado y tiene una composición factorial que abarca,
principalmente, aspectos perceptivos y espaciales.
52
La prueba cuenta con un coeficiente de fiabilidad superior al 94% tanto en
poblaciones escolares como profesionales (es éste último caso llegando al 97%).
Test de los Cinco Dígitos (FDT)
Desarrollado por Sedó (2007) se basa en el conocido efecto Stroop, es una
prueba de aplicación individual y colectiva, destinada a personas de 7 años en adelante,
de una duración aproximada de 5 minutos, y cuya finalidad es medir la velocidad de
procesamiento, la fluidez verbal, la atención sostenida y la eficiencia en la alternancia
entre procesos mentales.
Los dos primeros ensayos demandan del individuo la aplicación de conductas
automatizadas como leer y contar, lo que no supone un gran esfuerzo intencional ni
atencional por parte del mismo. El tercer ensayo brinda información sobre el control de
la interferencia por parte del sujeto, pues este tiene que contar los números que hay
dentro de cada casilla, evitando la interferencia que produce la lectura del valor de los
número que está contando. El cuarto ensayo aporta datos sobre la flexibilidad cognitiva
del sujeto, dado que este tiene que alternar conscientemente la aplicación de dos reglas
distintas para la correcta ejecución de la tarea, haciendo un esfuerzo especial al tener
que alternar entre dos rutinas cognitivas cada vez que se encuentra con una casilla
diferente, lo que reduce la velocidad de respuesta y favorece la comisión de errores.
Las cuatro puntuaciones directas permiten obtener 2 puntuaciones
complementarias. Inhibición (elección-lectura) y Flexibilidad (alternancia-lectura). Esta
segunda puntuación es el objetivo principal en la aplicación de esta prueba porque se
pretende medir la flexibilidad cognitiva del individuo.
EMAv
El EMAV es un instrumento psicométrico diseñado para evaluar diversas
funciones de la Atención: focalización, mantenimiento y estabilidad. Proporciona dos
índices: A.S. (Atención Sostenida) y C.A. (Calidad de Atención), facilitando el análisis
de las dificultades de aprendizaje, evaluando los posibles daños cerebrales como
consecuencias de traumatismos o deterioro por otras causas, confirmando la existencia
de Trastorno por Déficit de Atención con Hiperactividad (TDA-H) y otros. Se ha cuidado
especialmente la presentación del material estimular, con la finalidad de evitar efectos
indeseables de distracción, recuperación, aburrimiento, rechazo emocional, fatiga visual
y otros. Los Cuadernillos de Administración se suministran en paquetes de 25 para cada
nivel. La corrección es manual (mediante plantillas) y los resultados se obtienen con la
ayuda de un programa informático (Tipisoft) cuyo soporte es un CD-ROM, el cual debe
53
instalarse en el disco duro del PC (bajo Windows), pudiéndose obtener un Informe
Individual de cada Sujeto y listado de resultados por grupos.
6.1.3 Metodología.
Las pruebas se realizaron en una sala acústicamente aislada de ruido ambiental
y de ruido electrónico.
Para poder obtener la máxima información de los posibles efectos de las
estimulaciones, se decidió valorar los resultados de dos formas diferentes creándose
dos subgrupos; A y B. El A evaluado mediante EEG y el B mediante test validados. En
ambos casos bajo recomendación y control de los especialistas del CTB y APNA. Así,
los efectos evaluados en el estudio piloto fueron los efectos cognitivos y los efectos
electrofisiológicos mediante EEG y ECG.
Este estudio preliminar nos permitió resolver alguno de los problemas que nos
encontraríamos en el futuro al aplicar las ondas binaurales en neuropatologías como el
TEA, como es el caso de los artefactos y la duración de lo prueba, una de las
motivaciones del estudio piloto era minimizar al máximo estos problemas.
Cuando se trabaja con neuropatologías es importante que se reduzca al máximo
la duración de la prueba. Si bien tuvimos asesoramiento, en el momento de realizar la
prueba no contábamos con electrofisiólogos. En el estudio preliminar realizamos la
curva de aprendizaje depurando al máximo nuestra técnica. El proceso de adaptación
previo al registro de la señal puede ser muy tedioso, según el tamaño de la cabeza,
peinado, etc. Además es muy importante el control máximo de los artefactos durante el
registro de EEG, de forma que los sujetos puedan permanecer prácticamente inmóviles
durante la grabación, este es un factor de especial importancia en sujetos que presentan
neuropatologías como el TEA, ya que les cuesta permanecer quietos. Así por tanto uno
de los objetivos era poder acortar las pruebas al máximo.
Se realizó una segunda división de cada subgrupo en otros tres quedando
establecidos los grupos del siguiente modo:
Grupo experimental I: Sometidos a estimulación comercial
Grupo experimental II: Sometidos a estimulación binaural diseñada por nosotros.
Grupo Control
54
6.1.3.1 grupo A
La muestra de este subgrupo es de 18 personas. Definimos grupo A como grupo
en el que evaluamos los cambios electrofisiológicos. La elección de las personas
asignadas al grupo A se realizó por orden de llegada El estudio diseñado con MATLAB,
es aleatorio y doble ciego. Quedando registrado mediante una tabla de Excel la llegada
de cada sujeto, en la que se asigna un tipo de estimulación según el grupo que le toque.
Una vez realizado el registro de datos del sujeto, se disparan aleatoriamente
mediante el reproductor Media Player, las estimulaciones acústicas generadas mediante
el MATLAB en formato WAV.
El protocolo de registro de datos se muestra en la ilustración 6.
Grupo experimental I Grupo experimental II Grupo control
Efectos electrofisiológicos (EEG
+ ECG) 6 personas 6 personas 6 personas
Efectos cognitivos
(test en papel) 20 personas 20 personas 20 personas
Tabla 3. Diseño de los grupos de estudio
55
Ilustración 6. Protocolo de registro de datos
Una vez asignado el sujeto al grupo A, se inicia el montaje para el registro de
datos mediante el EEG y ECG.
56
Para el registro electrofisiológico se ha utilizado el montaje estandarizado 10-20.
Utilizando un total 32 electrodos:
29 electrodos en las diferentes zonas
1 electrodo para registrar el ECG (pegado en el pecho)
2 electrodos
o Referencia
o Tierra
Las diferentes zonas cerebrales se denotan con una letra seguida del número
del electrodo de esa zona cerebral. Encontramos las siguientes:
F: Frontal
C: Central
P: Parietal
O: Occipital
A: Auricular
T: Temporal
A continuación se procede a colocar el gorro de EEG sobre el sujeto, indicándole
que se siente en una posición cómoda mientras se colocan los electrodos, intentado
reducir las impedancias al máximo para recoger las señales de manera óptima.
Ilustración 7. Electrodos y zonas correspondientes
57
Ilustración 8. Proceso de colocación del gorro para electroencefalografía al sujeto orden de llegada nº 6
El proceso de colocación de los electrodos del EEG es lento, una vez colocado
cada electrodo se tiene que introducir un gel en la parte central de este, con el objetivo
de conectar el cuero cabelludo al electrodo y reducir al máximo la impedancia entre
ambos.
La impedancia ha de ser reducida a unos 10 KOhmios, momento en que la
posición del electrodo en pantalla se pone de color verde. Este procedimiento tarda entre
20 min y 40 min. Cuando todos los electrodos estaban en verde comenzábamos la
lectura basal del sujeto durante 3 minutos y a continuación poníamos la estimulación
Ilustración 9. Detalle de las impedancias de los electrodos
58
asignada aleatoriamente durante 20 minutos mientras que el EEG y el ECG seguían
registrando.
Las neuronas, que trabajan en sincronía por diferentes áreas, se ven afectadas
por los estímulos y mediante el EEG podemos visualizarlo. Teniendo en cuenta que
diferentes redes funcionales se activan como respuesta al estímulo, parece lógico
pensar que nuestros estímulos, perfectamente caracterizados, pueden inducir un patrón
fácilmente detectable en el EEG.
Las señales de EEG se grabaron en 29 posiciones siguiendo el sistema
internacional 10-20, con una frecuencia de muestro de 1 kHz e utilizando de tierra el
electrodo situado en la posición Cz.
El análisis espectral se realizó offline, separando intervalos de 30 segundos
libres de artefactos de los datos recogidos en el estado basal, a los 5 min, 10 min, 15
min y a los 20 min del tiempo que estaban recibiendo la estimulación. A continuación los
intervalos extraídos se filtraban a 50 Hz con un notch y un filtro paso banda entre 1Hz y
70 Hz.
La potencia espectral se calculó mediante la transformada de Fourier para las
Tabla 56 p valores de la potencia espectral (“entrainment”) a los 20 min en la estimulación placebo
189
ANEXO III
Resultados de la conectividad
Resultados de los análisis de coherencia:
3 grupos (comercial, control, experimental)
5 condiciones (5min, 10min, 15min, basal, finEst)
Estos valores corresponden a la banda de 16 Hz (Promediado entre la banda de 15 y
17 Hz). Más abajo están los de la banda de 4 Hz (3 a 5).
Intergrupo
Alfa = 0.01 [5 min 15 min]
Ilustración 79. Coherencia para α=0,01 en 16 Hz a los 5 min y 15 min.
Estas son las comparaciones entre los 3 grupos, así que se hizo una comparación 2 a
2.
Grupo 0 vs Grupo 1
Alfa = 0.01 [Basal 5 min 15 min]
Ilustración 80. Coherencia para α=0,01 en 16 Hz a los 5 min y 15 min entre grupo
comercial y grupo control
190
Grupo 0 vs Grupo 2
Alfa = 0.01 [Basal 5 min 10 min 15 min finEst]
Ilustración 81. Coherencia para α=0,01 en 16 Hz para basal, 5,10, 15 y 20 min entre grupo
comercial y grupo experimental.
Grupo 1 vs Grupo 2
Alfa = 0.01 [Basal 5 min 10 min 15 min]
Ilustración 82. Coherencia para α=0,01 en 16 Hz para basal,5,10 y 15 min entre grupo
experimental y grupo control
Intragrupo
Alfa = 0.01 [grupo0 grupo2]
Ilustración 83.. Coherencia intragrupo para α=0,01 en 16 Hz entre grupo comercial y
grupo experimental
191
Esto son los valores de los tres grupos y dice si hay diferencias entre las condiciones.
Se realizó un análisis de los grupos comparando las condiciones basal y las demás.
No se encontró ningún enlace estadísticamente significativo.
Análisis en 4Hz
Intergrupo
Alfa = 0.01 [Basal 5 min 10 min 15 min]
Ilustración 84. Coherencia intergrupo para α=0,01 en 4 Hz para basal, 5, 10 y 15 min
Estas son las comparaciones entre los 3 grupos, así que se hizo una comparación 2 a
2.
Grupo 0 vs Grupo 1
Alfa = 0.01 [Basal 5 min 10 min 15 min finEst]
Ilustración 85. Coherencia para α=0,01 en 4 Hz para el basal,5, 10, 15 y 20 min entre
grupo comercial y grupo control
192
Grupo 0 vs Grupo 2
Alfa = 0.01 [10 min 15 min finEst]
Ilustración 86. Coherencia para α=0,01 en 4 Hz para 10, 15 y 20 min entre grupo
comercial y grupo experimental.
Grupo 1 vs Grupo 2
Alfa = 0.01 [5 min 10 min finEst]
Ilustración 87. Coherencia para α=0,01 en 4Hz para basal, 5,10 y 20 min entre grupo experimental y grupo control
Intragrupo
Alfa = 0.01 [grupo0 grupo1]
Ilustración 88. Coherencia intragrupo para α=0,01 en4 Hz entre grupo comercial y grupo
control.
Esto son los valores de los tres grupos y dice si hay diferencias entre las
condiciones. Se realizó un análisis de los grupos comparando la condición basal y las
demás.
No se encontró ningún enlace estadísticamente significativo.
193
ANEXO IV
Resultados test cognitivos. Diagramas de barras y bigotes
Ilustración 89. Diagrama de cajas y bigotes test caras: aciertos
Ilustración 90 Diagrama de cajas y bigotes test de los 5 dígitos: lectura y conteo
194
Ilustración 91. Diagrama de cajas y bigotes test de los 5 dígitos: elección y alternancia
Ilustración 92. Diagrama de cajas y bigotes test de los 5 dígitos: inhibición y flexibilidad
Ilustración 93. Diagrama de cajas y bigotes test EMAv: Calidad atencional y aciertos.
195
ANEXO V
Calibración de HATS
Para la calibración del simulador cabeza torso se ha utilizado el calibrador
multifunción B&K Type 4226
El proceso de calibración se ha dividido en tres partes:
Extracción del simulador de pabellón auditivo de HATS. Dónde se encontraron
grandes dificultades debido al hecho de que la silicona de una de las orejas
estaba rota.
Ilustración 94. Simulador cabeza-torso con las orejas extraídas.
Configuración del calibrador para emitir tonos de 1kHz y 94 dB, para su posterior
inserción en el micrófono alojado en el hueco de la oreja.
Ilustración 95. Montaje utilizado para la verificación de calibración de HATS
196
Medida con Labshop: Configurando un analizador CPB por tercios de octava
en el software Pulse Labshop, se obtienen los resultados de la figura 22, en el
que se puede observar que el micrófono está correctamente calibrado, puesta
que da un valor muy próximo a 94 dB.
Ilustración 96. Resultados de la calibración para el oído izquierdo (arriba) y el derecho (abajo).
197
ANEXO VI
Parámetros incertidumbre
Mensurando: Es la magnitud sometida a medición, de la cual sólo se podrá dar una
estimación debido a la naturaleza imperfecta de la instrumentación de medida.
Valor verdadero: Valor compatible con la definición de una magnitud particular dada.
Se obtendría mediante una medición perfecta, luego es indeterminado por naturaleza.
Incertidumbre: Se define como el parámetro asociado al resultado de una medición,
que caracteriza la dispersión de los valores que podrían ser razonablemente
atribuidos al mensurando.
Incertidumbre tipo A: Método de evaluación de la incertidumbre mediante análisis
estadístico de series de observaciones. Está basada en procesos de repetición. Se
calcula matemáticamente como el cociente entre la desviación típica muestral
definida por los estadísticos como error típico- y la raíz del número de elementos que
se han tomado de la población estadística en cada una de las muestras.
𝑢𝐴 = √𝑠2
𝑛 [1.17]
Incertidumbre tipo B: Método de evaluación de la incertidumbre por medios distintos
al análisis estadístico de observaciones. Este tipo de incertidumbre está basado en
conocimientos a priori del sistema o que han sido modelados a partir de medidas
externas. En este tipo de incertidumbre se encuentra la incertidumbre debida a la
calibración del sistema de medida, la incertidumbre debida a las condiciones
ambientales, la debida a la resolución o la debida la deriva del sistema de medida.
Estas contribuciones a la incertidumbre pueden seguir distribuciones de distinto tipo,
como gaussianas, rectangulares o triangulares.
Incertidumbre típica combinada: La incertidumbre típica de una medición cuando
el resultado se obtiene a partir de los valores de otras magnitudes, calculándose a
198
partir de las varianzas de dichas magnitudes ponderadas en función de la variación
del resultado de medida.
Se calcula realizando la raíz cuadrada de las sumas cuadráticas de cada una de las
incertidumbres típicas calculadas con anterioridad, multiplicadas por un coeficiente
de sensibilidad1
𝑢𝑐 = √𝑢12 + 𝑢2
2 + ⋯ + 𝑢𝑖2 [1.18]
Incertidumbre expandida: Magnitud que define un intervalo en torno al resultado de
una medición, y en el que se espera encontrar un alto porcentaje de los valores que
podrían ser atribuidos al mensurando.
𝑈 = 𝑘 ∗ 𝑢𝑐 [1.19]
Factor de cobertura, k: Factor numérico utilizado como multiplicador de la
incertidumbre típica combinada, para obtener la incertidumbre expandida. Se calcula
a partir de los grados de libertad efectivos obtenidos con la fórmula 4, utilizándolos
en una tabla de distribución t-student que dará el valor final de k.2
𝑣𝑒𝑓𝑓 =𝑢𝑐
4
∑𝑢𝑖
4
𝑣𝑖
𝑁𝑖=1
[1.20]
1 A lo largo de este cálculo se ha considerado que todas las fuentes de incertidumbre tienen el mismo peso, por lo que los coeficientes de sensibilidad a la hora de calcular la incertidumbre combinada serán de valor unidad. 2 Siguiendo la metodología típica en acústica, se ha considerado que los grados de libertad efectivos son infinitos, obteniendo una valor de k=2 en la tabla de t-student.
199
ANEXO VII
Investigación del patrimonio sonoro
Nombre y apellidos
Fecha de nacimiento
Dirección
Origen del paciente
Origen del Padre
Origen de la madre
Datos actuales
1- Tipo de disfrute musical (marcar)
a. Escucha selectiva
b. Escucha variada
c. Activo
d. Didáctica
e. Por pasatiempo
2- En relación con las respuestas precedentes especificar que escucha ( en la
escucha selectiva o variada)
3- ¿Qué instrumento en el uso didáctico o pasatiempo?
4- ¿Qué género musical prefiere?
5- Enumerar autores
6- Especificar si son canciones importantes, ligadas positiva o negativamente, a la
propia historia personal.
7- ¿Le gusta cantar? ¿Qué canta?
8- Hay ruidos que le resultan desagradables? ¿Cuáles?
9- ¿Hay ruidos que le resultan agradables? ¿Cuáles?
Datos del pasado
1- ¿Cuál es su región de origen?
2- ¿Hay en ella costumbres folclóricas musicales características?
3- ¿Sus padres cantaban con usted? ¿Qué cantaban?
4- ¿Recuerda alguna canción de cuna?
5- ¿De niño estudió música? ¿cómo y qué estudio?
6- ¿Sus padres escuchaban música? ¿Qué música?
200
ANEXO VIII
Hoja de observaciones
Día 27 de febrero: estimulación 10 min
Elena Costea
Estado previo a la estimulación
Estado durante la estimulación
Estado posterior a estimulación
Excitado Tranquilo Otro
Excitado Tranquilo Otros Excitado Tranquilo Otro
Incidentes durante la estimulación
Apertura de ojos
Hablar
Movimientos
Sueño
Otros
Observaciones:
Día 29 de febrero: estimulación 10 min
Elena Costea
Estado previo a la estimulación
Estado durante la estimulación
Estado posterior a estimulación
Excitado Tranquilo Otro
Excitado Tranquilo Otros Excitado Tranquilo Otro
Incidentes durante la estimulación
Apertura de ojos
Hablar
Movimientos
Sueño
Otros
Observaciones:
201
ANEXO IV
Informe de evaluación previa a la estimulación acústica.
Nombre: XXXXX
Fecha de Nacimiento: 29 de Noviembre de 2003
Edad: 8
Colegio: IES Ramiro de Maeztu
1. Evaluación
La evaluación psicológica realizada forma parte de la Fase 2: Intervención del
Proyecto que está siendo elaborado por CSIC y APNA denominado MODIFICACIÓN
DE PATRONES ELÉCTRICOS NEURONALES MEDIANTE ESTIMULACIÓN
ACÚSTICA EN LA MEJORA DE LA ATENCIÓN: APLICACIÓN EN TRASTORNO DEL
ESPECTRO AUTISTA.
La finalidad de esta evaluación es recopilar datos para realizar la investigación
no tiene fines diagnósticos ni terapéuticos. El uso de los resultados se realizará de forma
totalmente aleatorizada y anónima teniendo solo en cuenta la variable edad para realizar
dicha aleatorización.
Al finalizar la exposición de la persona a la estimulación acústica se realizará de
nuevo una evaluación psicológica con los mismos instrumentos utilizados en la presente
evaluación. Una vez realizada dicha evaluación se procederá a realizar un informe final
que englobe la evolución de la persona a lo largo del tiempo para refutar o no las
hipótesis estudiadas en la investigación.
2. Instrumentos de evaluación
Los instrumentos seleccionados para el análisis de las funciones ejecutivas,
utilizado en la evaluación realizada los días 13, 14 y 15 de Junio de 2012, son:
202
Test de los 5 Dígitos: basado en el Efecto Stroop permite evaluar la velocidad
de procesamiento cognitivo, la capacidad para enfocar y reorientar la atención y
la capacidad de hacer frente a la interferencia.
Escala Magallanes de Atención Visual (EMAV1-2): evalúa atención sostenida
a través de una tarea de análisis y síntesis visual en base a dos índices: calidad
de la atención (CA) y atención sostenida (AS).
Escala de Inteligencia Weschler para niños (WISC-IV): en su totalidad ofrece
información sobre la capacidad intelectual general del niño (CI Total) y sobre su
funcionamiento en Compresión verbal, Razonamiento perceptivo, Memoria de
trabajo y Velocidad de procesamiento). Para nuestra investigación no
necesitamos un perfil de inteligencia completo si no que hemos hecho uso de
cuatro subpruebas de la Escala WISC-IV para la evaluación de la Memoria de
Trabajo y la Velocidad de procesamiento:
Tarea de atención sostenida en la infancia (CSAT): evalúa la capacidad de
atención sostenida del niño mediante una tarea de vigilancia.
3. Resultados
Las observaciones que recogimos a la hora de realizar las pruebas muestran
que Gabriel es un niño con una actitud hacia la tarea buena mostrando interés y
motivación. El estado de ánimo que presenta es bueno. No se producen conductas o
verbalizaciones inusuales. Tampoco muestra ni expresa problemas visuales, auditivos
o motores.
Test de los 5 dígitos: los procesos evaluados a través de dicha prueba son de
dos tipos: automáticos a través de las tareas de lectura y conteo y controlados
realizados en las tareas de elección y alternancia.