Resumen de Nuevos sistemas hápticos para la evocación de emociones en eventos audiovisuales en personas con discapacidad auditiva
En los últimos años se ha vivido un incremento de la concienciación social sobre las personas con discapacidad. Lejos de la antigua concepción basada en la caridad, en que son personas enfermas y/o limitadas en todos los ámbitos, tras la Convención de los Derechos de las Personas con Discapacidad del año 2006 en la ONU se ha recorrido un camino habilitador y capacitante, integrador y motivador. Así, hoy día se considera a las personas con discapacidad miembros de pleno derecho de la sociedad, personas capaces de decidir por sí mismas, de utilizar sus derechos y de llegar a disfrutar de todos los beneficios que les ofrece el entorno.
Sin embargo, aún hoy se encuentran con barreras en el acceso a esos beneficios. Pensemos en el acceso a la cultura: todas las personas con discapacidad auditiva necesitan un apoyo a la hora de disfrutar plenamente como espectadores de un evento de artes escénicas que implique actividad audiovisual. Teatros o cines suelen adaptarse mediante proyecciones o líneas de subtitulado. En este proceso se incluye frecuentemente una descripción de la música que está sonando de fondo, más allá de los diálogos. Esta descripción es del tipo “Música triste”, o “Música alegre”. Es fácil comprender que el impacto a nivel emocional que el evento puede tener está muy lejos del que puede sentir una persona que reciba el estímulo sonoro y pueda interpretarlo normalmente. Pese al esfuerzo de integración del colectivo de personas con discapacidad auditiva, y la sensibilización de la población, aquí nos topamos con una barrera trascendental: el efecto de los estímulos alternativos en el cerebro. Y la bibliografía demuestra que cuando se proyectan subtítulos, pocas veces se genera una respuesta emocional, sino que se restringe a un plano atencional.
Esta tesis trata de crear un puente para las personas con discapacidad auditiva entre la respuesta emocional pretendida y el evento que se produce en un escenario. Perdido el canal auditivo, la música de dichos eventos no puede provocar la respuesta emocional que los autores del evento pretenden. Basándonos en la literatura existente, y creando nuestra propia alternativa, demostramos que el canal alternativo puede ser el tacto, y que su estimulación (llamada háptica) puede provocar la respuesta emocional que se busca desde un principio.
En la primera parte de la tesis se estudia el sistema que se quiere estimular: el cerebro. La localización neuronal de las respuestas emocionales más habituales, basada en la medida con electroencefalogramas (EEG), permite fundamentar las bases de una validación de un sistema como el que proponemos. Así, se ha comprobado que la activación emocional se espera detectarla en la amígdala, cisura de Silvio e ínsula. El procesamiento auditivo se encuentra en el área de Heschl, localizada en el lóbulo temporal, y el táctil aparece en la cisura de Rolando, perteneciente a la corteza primaria motora, situada entre la parte posterior del lóbulo frontal y anterior parietal. Posteriormente se exponen las diferentes técnicas empleadas de medida de estas activaciones, con sus pros y contras. El enfoque principal se hace a los electroencefalogramas, por su capacidad de detectar la actividad de grupos más localizados de neuronas de forma no invasiva, al realizarse a través del cuero cabelludo. Se describen además los algoritmos de inversión de las medidas para encontrar las zonas activadas a través del EEG, generando los mapas de activación cerebral que se usan en la tesis.
Del otro lado se encuentra la música, el motor que provocará las emociones. En este ámbito, la tesis explora los parámetros musicales característicos en los que habremos de fijarnos para extraer los rasgos que conformarán la estimulación posterior. Si entendemos lo que queremos decir cuando hablamos de ritmos, modos y tonalidades, podremos entender también cómo su efecto puede ser mapeado hacia un estímulo diferente. Por otro lado, se investigan las bases de datos que se han creado en diversos momentos de la bibliografía para confirmar la provocación de emociones en personas oyentes, tales como MEB, 110 Film Music Excerpts, Musical excerpts for research on emotions, etc. El estudio de estas bases de datos nos permite dilucidar también las características básicas de las músicas que provocan emociones, y extraer de ellas los parámetros importantes. Se revelan el ritmo y la tonalidad como los dos elementos musicales clave para provocar emociones. Se estudian éstas en base a dos parámetros, a su vez: la valencia –que indica si la emoción es positiva o negativa-, y la intensidad o excitación. También se ha determinado una lateralidad en el cerebro ante estímulos musicales.
Finalmente, en esta primera parte se describe cómo el canal alternativo del tacto conforma un medio viable para sustituir al auditivo cuando éste está dañado. El motivo es su similitud psicofísica: ambos son estimulados por vibraciones de diferentes frecuencias. Si el audio es capaz de entender vibraciones y reaccionar ante ellas –de cara a enviar señales al cerebro- en un rango de 50 a 20.000 Hz, el canal del tacto lo hace a frecuencias de un rango más bajo (entre 5 y 1000 Hz). Compilamos en la tesis una serie de receptores que se convertirán en el objetivo a estimular, dado su carácter de transmisores de la información relevante a nuestro propósito: los receptores de Merkel y Ruffini, receptores de adaptación lenta, capaces de detectar bordes y aristas o reaccionar a la deformación mecánica, respectivamente; y los de Meissner y Pacini, receptores de adaptación rápida, encargados de captar vibraciones. Los de Meissner y Pacini resultan ser los más interesantes para nuestro propósito por la densidad espacial de estos receptores en puntos determinados de la mano (hasta 140 por mm2) y la frecuencia de estimulación (en el rango de los motores de vibración que luego se describen). Por otro lado, se establecen además los actuadores electrónicos que permiten generar estimulación sobre ellos. Así, se encuentran, entre otros, los resonadores lineales y los motores excéntricos, que formarán la base de nuestros estimuladores.
La segunda parte de la tesis realiza una descripción de los dispositivos propietarios que se han desarrollado para la estimulación háptica en el marco de la misma. En un sentido cronológico, y a medida que se fue aprendiendo sobre la estimulación provocada, se ha evolucionado sobre dos sistemas principales: una caja que transmite vibraciones usando un motor de rotación excéntrica, y una serie de guantes con puntos determinados donde se produce vibración a través de micromotores de tipo moneda. En la caja, se mapea la frecuencia auditiva a una serie de valores de ciclo de trabajo de la señal PWM enviada al motor. En el caso de los guantes se hace un procedimiento similar para activar con más o menos intensidad los motores, o bien para enviar frecuencias diferentes a los mismos. Estos motores vibran a una frecuencia nominal de 208 Hz, siendo ésta la frecuencia de resonancia de dichos motores.
Fijándonos en los conceptos del capítulo anterior, y atendiendo a la ubicación y densidad de receptores en la piel, ubicamos a su vez nuestros estimuladores para activar los receptores de Meissner, de manera que provocamos una respuesta táctil clara en la mano. Los guantes han sido desarrollados a partir de una pareja de guantes de golf, por su excelente ajuste a la mano y su flexibilidad. Conforme a la mayor concentración de receptores táctiles, hemos ubicado motores las puntas de los cinco dedos de cada mano y en cada palma. Los estímulos se sincronizan perfectamente con los momentos en que la imagen se refuerza con el audio, o bien se producen de manera sincronizada con los instantes en que se pretende una generación emocional. Se han activado diversos protocolos dependiendo de la estimulación a realizar: rítmica en la caja, de tipo vúmetro en los guantes (pasando sucesivamente por más dedos cuando el volumen es mayor), etc.
La última sección describe las pruebas clínicas realizadas y se muestran los estímulos visuales que han acompañado a la parte musical. En una serie de experimentos (experimento 1) se han usado fragmentos de piezas de música clásica junto con escenas neutras obtenidas de películas. En otra serie (experimento 2) se utilizó un vídeo creado ex profeso, con banda sonora propia. Se validaron con personas oyentes los vídeos y las estimulaciones provocadas, por medio tanto de la medida con EEG de las zonas cerebrales activadas, como por las encuestas contestadas por los voluntarios. La música ha sido sustituida por estimulación táctil producida por ambos sistemas en los diversos experimentos: caja y guantes en el experimento 1, guantes en el 2.
Se establecen dos grupos: control (oyentes) y experimental (discapacidad auditiva severa). Describimos con detalle el experimento 1, donde tres vídeos neutros acompañados de dos fragmentos musicales (asociados a emociones alegres y emociones tristes) se mostraron en cuatro condiciones: con banda sonora aleatoria, sin estimulación auditiva, sin audio y con estímulo táctil y subtítulo. Y el experimento 2, donde una escena de tipo íntimo positivo se sigue de una que genera un rechazo, con tres condiciones de visualización de los dos vídeos con un orden aleatorio: sin audio ni táctil, con audio y sin táctil (solo para el grupo de control) y con audio y táctil.
Las pruebas realizadas, tal como se han diseñado y con los resultados de medida de activación neuronal adquiridos por EEG, nos permiten deducir que la integración de estímulos simples multimodales, combinando visuales y táctiles, ayudan a potenciar la provocación de procesos emocionales, de una manera simular a la activación que se produce en sujetos oyentes mediante la música.
En efecto, los resultados del experimento 1 confirman que la estimulación táctil, o en nuestro caso, estimulación vibro táctil, activa la corteza auditiva o mejora la percepción musical auditiva y del habla, así como activa procesos emocionales. Hemos encontrado una llamativa relación entre las diferentes áreas neuronales involucradas en el procesamiento de la música afectiva, medida su actividad mediante el registro de EEG. Además, estas áreas presentan una activación significativa también en la condición de presentar vídeos sin sonido y con estimulación vibro-táctil, cuando se combinan con los medios audiovisuales.
Los resultados sugieren que existe integración multimodal ante estímulos muy simples con imágenes neutras, y que esta integración ayuda a potenciar la activación de procesos emocionales y la activación de áreas similares a las que se activan ante la escucha de estímulos musicales, generando reacciones cognitivas similares a las de los sujetos oyentes expuestos a la misma experiencia audiovisual, cuando está completa y se percibe adecuadamente.
En cuanto a la recepción del prototipo por parte de los diferentes usuarios, hay que destacar la grata aceptación por parte del grupo experimental, grupo de personas con discapacidad auditiva al que está destinado el sistema.
Este estudio presenta como limitación principal el pequeño tamaño de la muestra, así como sus características: los participantes eran todos del mismo sexo, con una considerable diferencia entre la media de edad de las participantes, 19,22 años grupo de control frente a 49,98 años del experimental. No obstante, la desviación estándar del grupo experimental, 16,88, la califica como muestra heterogénea. A esto habría que añadir limitaciones tecnológicas, como las derivadas del propio guante, en cuanto al empleo de sólo dos patrones en estas pruebas, y las limitaciones propias de la tecnología de EEG, que sólo llega a las capas externas de la corteza cerebral.
Este experimento se hizo también con la caja vibratoria, a la que denominamos caja musical. Al usarla en personas con discapacidad auditiva, se produce activación en la corteza auditiva a través de la circunvolución de Heschl, y se registra un procesamiento emocional por la activación del giro inferior frontal, orbito frontal y circunvolución temporal medial, así como una gran actividad de integración multimodal.
Los resultados exponen que la estimulación vibro-táctil continuada y con patrones musicales activa áreas sensoriales y cognitivas similares a las de los sujetos oyentes expuestos a la misma experiencia audiovisual completa. Por otro lado, podemos concluir que este tipo de estimulación vibro-táctil activa áreas de procesamiento emocional.
Además del ruido que la caja genera, lo cual provocaría rechazo en un caso real en un evento audiovisual, las limitaciones principales de estos resultados del experimento 1 con la caja coinciden con las expuestas para el caso de los guantes, al haber compartido grupo experimental. Como en este caso carecemos de grupo de control con el que contrastar resultados, no han quedado plenamente validados. No obstante, sí es lícito extraer hipótesis y base para, con todo ese conjunto de resultados, poder avanzar hacia el Experimento 2.
En cuanto a los resultados del experimento 2, la estimulación multimodal a través del tacto y asociada con estímulos audiovisuales se ha visto reforzada con procesos atencionales –similares a los de leer un subtítulo- y de procesamiento auditivo, representado por la activación de la ínsula. Además, la respuesta está asociada a procesos emocionales, ligados a la actividad de las áreas temporales. En efecto, se ha comprobado que cuando existe una multi-estimulación sensorial, la actividad cerebral se reorganiza en torno a estructuras frontales relacionadas con actividades cognitivas, involucrando memoria de trabajo y atención, y enfocadas tanto a estímulos visoespaciales como a estímulos emocionales. El proceso novedoso de estimulación táctil genera una hiperactividad atencional corporal que aumentaría los procesos atencionales y la actividad de áreas frontales o anteriores en el cerebro.
En cuanto al prototipo empleado, también tuvo gran aceptación en ambos grupos.
Las limitaciones que presenta esta prueba vuelven a recaer, principalmente, en el grupo experimental, por el pequeño tamaño de la muestra, la diferencia en la edad promedio (19,79 años del grupo de control frente a 41,88 del grupo experimental), y la desviación estándar de la edad del grupo experimental (16,89), que, aunque menor, vuelve a provocar una clasificación de heterogéneo. En cuanto a limitaciones tecnológicas se puede mencionar la aplicación de tan sólo dos patrones diferentes de estimulación táctil, con la intención de evocar sólo dos emociones concretas.
Sin duda, toda esta descripción demuestra hasta qué punto puede verse beneficiado el colectivo de personas con discapacidad auditiva de los resultados de esta tesis. Esta investigación sienta las bases de futuros desarrollos que transduzcan de manera síncrona los diferentes parámetros de la música que recibe la persona a una estimulación háptica que genere un efecto similar al de una persona oyente. La demostración palpable de que se produce la activación emocional usando el canal táctil abre el camino de la integración plena de personas con discapacidad auditiva en eventos culturales donde la música o la banda sonora adquiera especial relevancia.
