Desarrollo de aplicaciones de Realidad Virtual y aplicación de interfaces cerebro-ordenador para reconocimiento de estados emocionales y neurológicos

Abstract

Cuando nos imaginamos el futuro, siempre lo hacemos con la certeza de que existirán nuevas tecnologías y formas de comunicarnos. Entre estas tecnologías, la Realidad Virtual permite desarrollar mundos completamente virtuales en los que vernos fácilmente sumergidos e inmersos. De igual forma, existe un gran interés por comprender el cerebro y utilizar su información como una extensión de nuestra propia capacidad. Siguiendo esta línea de pensamiento, resulta sencillo visualizar un futuro donde ambas tecnologías compartan un mismo propósito, creando nuevas realidades capaces de adaptarse a nuestro estado cognitivo y emocional. Actualmente, un problema inherente a la sociedad es que cuenta con multitud de estímulos, positivos y negativos, que afectan a nuestras emociones. Entre ellas, la más común es el estrés, el cual puede afectar a nuestra concentración y salud. Pese a que debemos ser capaces de gestionar estas emociones, existen personas incapaces de hacerlo. Un ejemplo claro lo encontramos en la educación especial, donde existen terapias para niños que presentan diferentes condiciones y trastornos. A algunos de ellos les imposibilita comunicarse, lo que dificulta saber con certeza la eficacia de la terapia. Así, la posibilidad de evaluar de forma objetiva su estado cognitivo y emocional se convierte en un problema con pocas soluciones actuales. Por ello, este trabajo se centra en abordar esta problemática, con una solución que involucre Realidad Virtual y el estudio de las señales cerebrales a través de la electroencefalografía. En primer lugar, este proyecto aborda la idea de utilizar la Realidad Virtual como sustituto de algunas de las terapias actuales para reducir el estrés en un centro de educación especial, no solo replicando una terapia existente, sino presentando también una alternativa. Una segunda parte del proyecto estudia la posibilidad de integrar en un sistema como el descrito un modo de reconocer en tiempo real patrones de actividad cerebral asociados a distintos estados emocionales y cognitivos, como el estrés, la imaginación motora y la carga cognitiva. Todo ello con el fin de alterar el entorno virtual para adaptarse a estas nuevas circunstancias. Finalmente, se espera que este sistema, además de ser útil y relevante en el ámbito de la educación especial, pueda ser aplicado en otras áreas de estudio. Así, campos como la rehabilitación, el marketing o la enseñanza podrían beneficiarse de este tipo de tecnologías que permitan conocer y adaptar las soluciones en tiempo real al estado cognitivo y emocional del usuario final.

When imaging the future, we always assume the existence of new technologies and ways of communicating. Among these technologies, Virtual Reality allow us to develop complete virtual worlds in which we can easily get immersed and bury ourselves. In the same way, there exists a great interest in understanding the brain and utilizing its information as an extension of our own capacity. Following this thinking line, it becomes easy to visualize a new future where both technologies share a same purpose, creating new realities able to adapt to our cognitive and emotional state. Currently, an inherent problem in the society is that it is surrounded by a ton of stimulus, either positive or negative, that have repercussion in our emotions. Among them, the most common emotion is stress, which can affect to our concentration and wellbeing. Despite we should be able to manage these emotions, there exist people unable to do it. A clear example of this can be found in the special education area, where there are therapies for children who present different conditions and disorders. Some of them are not able to communicate, fact that can complicate to be certain of the effectiveness of the therapy. So, the possibility of objectively assessing their cognitive and emotional state becomes a challenge with few current approaches. Therefore, this work is focused on tackle that problematic, with a solution based on Virtual Reality and the study of brain signals through electroencephalography. First, this research focuses on the idea of substituting actual stress-reducing therapies in a local special school through a Virtual Reality proposal. This proposal not only tries to replicate an existing therapy session, but to also offer an alternative. The second part of this project studies the possibility of integrating a system, like the one described earlier, and a way of recognizing in real time brain activity patterns related to different emotional and cognitive states, such as stress, motor imagery and cognitive workload. All of this has the goal of having its impact in the Virtual Reality environment, adapting it to these new circumstances. Finally, it is expected that this system, beyond of being useful and relevant in the special education field, can be applied in other research areas. Thus, areas such as rehabilitation, marketing or learning could benefit from this type of technologies, allowing them to know and adapt the existing solution in real time, according to the emotional and cognitive end-user state.