Valoracion del campo visual mediante EEGSalvador Garcıa Garcıa, Dr. Francisco Alba Cadena, Dr. Martın Oswaldo Mendez Garcıa

Facultad de CienciasUniversidad Autonoma de San Luis Potosı

1 Introduccion

1.1 Campo Visual

El campo visual es el area espacial que un ojo es capaz de percibir por si solo, ha esto se le conoce como campo visualmonocular, la superficie que abarca es aproximadamente de 60 grados en direccion arriba y 70 grados hacia abajode manera vertical, horizontalmente abarca de 60 grados direccion nasal y entre 90 a 100 grados hacia la periferia(ver Figura 1). El sector del campo visual que ambos ojo perciben al mismo tiempo se le denomina campo visualbinocular (ver Figura 2) [1],[2],[3].

Figura 1.- Campo visual de un ojo, a) Campo visual horizontal, b) Campo visual vertical.

Figura 2.- Campo visual binocular.

Actualmente existen varios metodos para evaluar el campo visual de una persona los cueles son:

1. Metodo de confrontacion directa: Este metodo es cualitativo y la manera de realizarlo es que el medico secoloque delante del paciente a la altura de los ojos a una distancia aproximada de 50 a 75 cm, el examinador lesolicita al paciente que ocluya uno de sus ojo, despues se le ingresa en su periferia de campo un objeto esfericoque esta montado en una varilla, se le pregunta al paciente cuando comienza a verlo y si en la trayectoriadesaparece y aparece [1].

2. Cartillas de Amsler: Consiste en presentarle al paciente un pedazo de cartulina cuadrada que mide aproxi-madamente 10 cm y pose un patron dibujado sobre ella (existen 7 tipos diferentes). Al individuo se le obstruyeun ojo y la cartulina se coloca a una distancia aproximada de 28 a 10 cm, se le realizan una serie de preguntaspara posteriormente analizarlas [1].

3. Examen en el perımetro (Perimetrıa): El proposito de esta prueba es estudiar el campo visual periferico apartir de los 25 o 30 grados hasta los 100 grados. La perimetrıa permite estudiar la zona central del campo,pero se concentra en estudiar la periferia. Este examen se realiza con equipos denominados perımetros, estospueden ser manuales o automatizados [1],[2].

4. Examen en el campimetro (Campimetrıa): Esta prueba consiste en evaluar el campo visual central, es decirque evalua de 0 grados a 25 o 35 grados aproximadamente. La forma de evaluar es que el usuario se ocluya elojo con peor vista, comenzando con el ojo de mejor vision; en seguida se le presentan estımulos y este debe deindicar si los percibe o no, una vez evaluado el ojo de mejor vision se realiza el mismo procedimiento pero ahora con el otro ojo [1],[3].

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5. Metodos especiales:

• Examen de test de colores: Este metodo es utiliza para detectar defectos de poca intensidad y ası establecerun diagnostico en la zona afectada, normalmente es aplicada a pacientes que tienen escotoma o alteracionesal estımulo blanco. La prueba consiste en utilizar estımulos de color rojo y azul (estos dos colores permitendeterminar si el defecto es en la retina o en la vıa optica); el paciente indica si el objeto es visible o no ytambien cuando el estimulo pierde su color verdadero [1].

• Examen con reduccion de la iluminacion: Esta prueba permite detectar los defectos de poca intensidad.La moderada reduccion de iluminacion no afecta en gran medida al campo visual.Pero variando el ındicede iluminacion y del fondo permiten detectar defectos muy sutiles, que con la iluminacion normal no serıaposibles detectar [1].

• Examen de vision periferico en cuarto oscuro: Normalmente esta prueba es utilizada cuando un pacientetiene un vision muy mala por opacidades en los medios; se aplica en los casos en que el iris, cristalino ovıtreo, no permite realizar un examen normal (esta prueba se aplica especialmente cuando el individuotiene cataratas). La prueba consiste en que el paciente se sienta, se ocluye el ojo que no se ha de examinary se le dirige una luz desde la periferia hacia el ojo que se esta evaluando, preguntandole en que direccionve el estimulo [1].

1.2 Electroencefalograma

El electroencefalograma (EEG) es una prueba que se emplea en la medicina para saber el estado cerebral de unapersona; esta consiste en obtener un registro del comportamiento electrico del cerebro en un determinado tiempo. Laforma de realizar este examen es colocando sensores especiales denominados electrodos en alguna parte del craneo(dependiendo donde sea su colocacion son denominados intracraneales o extracraneales), estos estan conectados a unequipo especial que se encarga de almacenar y procesar la informacion (Figura 3) [4].

Figura 3.- Ejemplo de algunos tipos de electrodos.

1.3 Potenciales evocados visuales

Los potenciales evocados (PEV) son respuestas producidas por el tejido nervioso ante un estımulo o una ciertatarea visual o luminosas; tienen amplitudes de voltaje muy bajas en comparacion a un electroencefalograma basal,dificultando su observacion debido a que estas senales se confunden con la actividad electroencefalografıa o el ruidoque producen los artefactos de registro. Para obtener un PEV se necesitan tecnicas especiales tanto de registro comode procesamiento de senales como por ejemplo la promediacion. En el mundo de la investigacion y medico se tieneun gran interes por este tipo de procesos ya que permite explorar las vıas visuales o ciertas funciones corticales [4],[5].

2 Problema

Los campımetros y perımetros actuales son herramientas confiables para evaluar el campo visual de una persona ysu utilizacion es muy amplia entre los medicos. Un inconveniente de estos equipos es que se necesita que el pacienteeste muy concentrado durante las pruebas, esto provoca que se tenga que pasar multiples estımulos en un mismopunto para descartar que el sujeto no percibio el estımulo por alguna distraccion y ası tener realmente la certeza deque no observo el estımulo por poseer alguna tipo de patologıa en su sistema visual. Este factor causa que la pruebaposea en gran medida un nivel de subjetividad, dando ası un posible diagnostico erroneo.

3 Justificacion

Este proyecto pretende aportar al campo de la oftalmologıa las bases de un nuevo metodo mas robusto para lavaloracion al campo visual. Las ventajas que ofrece este trabajo son: disminuir los tiempos de evaluacion del campovisual y que ademas se emplee como procedimiento de diagnostico.

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4 Objetivo

Establecer las bases para el desarrollo de un campımetro donde se elimine la dependencia de respuestas subjetivas;para esto, se propone utilizar el EEG para detectar las respuestas evocadas visuales que se registren directamenteen la corteza visual, evitando la toma de decisiones y respuesta motriz por parte del sujeto.

4.1 Objetivos particulares

1. Desarrollar un sistema prototipo para la adquisicion de senales de EEG durante una prueba de Campimetrıa.

2. Adquirir una base de datos de EEG de prueba.

3. Realizar un pre-analisis de los datos adquiridos para evaluar la viabilidad de un campımetro basado en EEG.

5 Trabajo realizado en el periodo Agosto-Diciembre 2014

El avance que se a obtenido en estos meses fueron:

• Revision del estado del arte.

• La construccion de un sistema basico para la adquisicion de datos de EEG durante la presentaci on de estımulosvisuales similares a un campımetro.

• Familiarizacion del equipo de adquisicion de EEG WaveRider pro.

5.1 Evidencias

Las siguientes imagenes muestran el sistema de adquisicion que se desarrollo.

Figura 4.-Sistema de adquisicion

6 Trabajo realizado en el periodo Enero-Abril 2015

El avance que se ha obtenido en estos meses fueron:

• Revision del estado del arte.

• Mejoramiento del prototipo (Se mejoraron algunas caracterısticas y ademas se calibro y se mejoro la pre-sentacion de los estımulos).

• Se han realizado pruebas a voluntarios.

• Se termino de escribir los capıtulos 1 y 2 (Estos capıtulos estan revisados).

6.1 Evidencia

Las siguientes imagenes muestran las mejoras que se realizaron en el sistema de adquisicion y las primeras pruebasrealizadas con el equipo. Las imagen 6 muestra el sistema de adquisicion con una persona antes de realizar ajustenecesarios.

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Figura 6.-Realizacion de pruebas con sujeto voluntario antes de realizar algunas mejoras.

La Figura 7 muestra un voluntario probando el sistema de adquisicion con las nuevas mejoras.

Figura 7.-Realizacion de pruebas con sujeto voluntario despues de realizar las mejoras.

Se muestran en la Figura 8 algunas mejoras del Software del sistema de adquisicion.

Figura 8.-Algunas caracterısticas mejoradas del sistemas de adquisicion, a) Inicio del sistema de adquisicion, b) Solicitud delnombre del paciente.

7 Trabajo realizado en el periodo Mayo-Noviembre

El avance que se ha obtenido en estos meses fueron:

• Adquisicion de datos para la construccion de la base de datos.

• Analisis preliminar de los datos obtenidos (El analisis aplicado a los datos fue promediacion).

• Obtencion de resultados y conclusiones.

• Construccion de un juego basado en este proyecto (El juego se presento en la Semana Nacional de Ciencia yTecnologıa).

• Escritura del capitulo 3.

7.1 Evidencia

La siguiente imagen muestra el panel del juego construido que se presento en la semana de ciencias, se utilizo las basedel prototipo para realizar este juego. el juego consistıa en dos carros que se desplazaban cada ves que el sistemaconstruido detectara un parpadeo de las personas y para eso se colocaban dos electrodos, uno en la frente el otro enla oreja (ver Figura 9).

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Figura 9.-Imagen que muestra el juego en la pantalla

En seguida se muestra una imagen de una persona realizando la prueba para la captacion de datos.

Figura 10.- Voluntario realizando la prueba.

La forma en que se realizo este experimento fue de la siguiente forma:

1. Al voluntario se le explica que la prueba tendra una duracion total aproximada de 15 minutos y que estadividida en 4 etapas. La primera etapa tiene una duracion de 4 minutos y consiste en posicionarle en su cabezalos electrodos en su respectivos lugares (esta etapa puede extenderse debido a las complicaciones que surjanen el momento de poner los electrodos). Las 3 etapas restantes posen una duracion aproximada de 3 minutos,ademas se expresa que en ese lapso de tiempo se le presentaran 80 estımulos luminosos por etapa; otra cosaque se le menciona al individuo es que cada vez que presencie un estimulo el tendra que oprimir un boton (esteboton se utiliza como senal de control).

2. Al sujeto se le da firmar un documento que deslinda cualquier responsabilidad y afirma su consentimiento.

3. Se le solicita al usuario tomar asiento frente a la pantalla.

4. La primera etapa como anteriormente se menciono es colocarle al voluntario los electrodos, en total son 4electrodos que se posicionaran en el, dos electrodos van colocados en los lobulos de las orejas respectivamentey los otros dos electrodos son puestos en la cabeza en las posiciones O1 y O2 (estas posiciones son utilizadasen el sistema 10-20).

5. Una vez listo el voluntario damos la instruccion que en seguida se le presentaran los estımulos luminosos en lapantalla.

6. La segunda fase consistes en presentar estımulos con los dos ojos sin ocluir.

7. Una vez terminada la segunda fase, la siguiente etapa es volver a presentar los estımulos pero esta vez sera conel ojo derecho ocluido y el otro ojo no.

8. La cuarta y ultima etapa consiste en repetir el paso anterior pero esta vez con el ojo izquierdo ocluido y el otrono.

9. Se quitan los electrodos del voluntario.

10. Se le dan agradecimientos y se le indica que puede retirarse.

11. Los datos obtenidos son organizados en una base de datos y se da fin con el experimento.

8 Actividades a realizar

Las actividades a realizar en los proximos meses son:

• Terminacion del escrito de tesis (actualmente se tiene un 50% del escrito de tesis y se espera terminar a finalesde noviembre del 2015).

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• Realizacion de la prueba TOEFL (se tiene planeado para el 21 de noviembre del 2015) .

• Realizacion de tramites administrativos (como por ejemplo tramite de terminacion de servicio social, etc. Estostramites se realizaran en el mes de noviembre).

• Presentacion de examen previo (se pretende para finales de noviembre o principios de diciembre 2015).

• Presentacion de examen de titulacion (se pretende para principios o mediados de diciembre 2015).

9 Resultados obtenidos

Los primeros resultados obtenidos son la latencia de los tiempos motrices en segundos de los individuos al momentode oprimir el boton despues de presenciar algun estimulo (por cada individuo se obtuvo un porcentaje de deteccionde estımulos del 98% aproximadamente), estos se observan en la tabla 1.

Tabla 1.- Tiempos entre estımulos y boton.

Algo que se debe de mencionar es que estos tiempos son similares al trabajo de J.A. Estrada Castillo y A. MontoyaRodriguez [13]. Enseguida se muestran los potenciales evocados promedio con la prueba de ambos ojos, con el ojoderecho ocluido mientras tanto el ojo izquierdo no y viceversa (ver Figura 11, notar que el positivo es hacia abajodebido a que normalmente los especialistas lo estudian de esta manera); estas senales se obtuvieron realizando unamedia sıncrona de todos los datos de los individuos correspondientes a cada prueba tomando 400ms a partir de lapresentacion del estımulo. El eje X representa el tiempo en milisegundos en cambio el eje Y representa los valoresde los datos en el rango de salida del equipo WaveRider Pro (de -1024 a +1023, ya que la resolucion es de 12 bits).

Figura 11.-Senales Promedio, a) Senal de referencia, b) Resultados obtenidos con ambos ojos, c) Resultados obtenidos con elojo derecho d) Resultados obtenidos con el ojo izquierdo.

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La siguientes graficas muestra un solo estimulo de algun individuo, esto se hace para resaltar la importancia deaplicar algun procesamiento a los datos.

Figura 12.- Toma de un solo lapso de tiempo donde se presento algun estimulo

10 Conclusiones

Las mayorıa de las graficas de la Figura 11 muestran un patron localizado entre 250ms y 400ms (este patron seobtuvo promediando 800 estımulos), se cree que este patron pertenece al comportamiento de un potencial evocadodebido a que estudios anteriores describen que esta onda pose componentes muy caracterısticos y bien localizados.Esta comparacion se puede observar en la Figura 11-a donde se utiliza como referencia una grafica tomada de [15].Otro factor que nos conducen a esta conclusion es que este patron aparece antes de las respuestas motrices de acuerdocon la tabla 1. Ademas, creemos que otros factores importantes que pueden afectar la senal de los potenciales evocadosson:

1. Se requiere promediar un gran numero de episodios (estımulos) para obtener el patron buscado.

2. El equipo de EEG utilizado no es apto para este tipo de estudios ya que no cuenta con la resolucion ni lacalidad necesarias.

3. El lugar donde se realizo el experimento no era un ambiente controlado.

4. La interfaz que utiliza el equipo con el software elaborado es una conexion DDE la cual es obsoleta y su formade trabajar puede introducir errores de sincronizacion al momento de recopilar datos.

En general se obtuvieron los resultados esperados y se concluye que el protocolo logra evocar la respuesta a estımulosvisuales de los individuos pero se tiene que mejorar las condiciones donde se realizan los experimentos. Por otraparte, a los datos recopilados deben aplicarse herramientas de analisis mas potentes para extraer informacion a partirde un solo estımulo lo cual puede permitir detectar el patron buscado con mayor certeza. Sin embargo esto va masalla del alcance de este trabajo.

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11 Referencias

[1] Carpio Irasema. Campo visual. La Habana: Editorial Ciencias Medicas. 2006.

[2]Pastor Jimeno J.C. Guiones de oftalmologıa. Espana: Editorial MCGRAW-HILL Interamericana de Espana. 1999.

[3] Graue Enrique. Ofmatologıa en la practica de la medicina general. Mexico: Editorial MCGRAWHILL Interamer-icana. 2008.

[4] Iriarte Franco J., Artieda Gonzalez-Granda J. Manual de neurofisiologıa clınica. Espana: Editorial MedicaPanamericana. 2013.

[5] Ojeda Ernesto. (2014) Guıa 7 Neurologıa, potenciales evocados visuales y electroretinograma.Asociacion Colom-biana de Neurologıa [Online]. Disponible en http://www.acnweb.org/es/publicaciones/guia-7-neurofisiologia/426-potenciales-evocados-visuales-y-electroretinograma.html. Consultado el 7 de agosto.

[6] Harringston D., Drake M. Los campos visuales: texto y atlas de la perimetrıa clınica. Espana: Ediciones Cientıficasy Tecnicas. 1993.

[7] Herreman R.,Gomez A. Oftalmologıa. Mexico: Editorial MCGRAW-HILL Interamericana. 1993.

[8] Rojas Juarez S., Saucedo Castillo A. Oftalmologıa. Mexico: Editorial Manual Moderno. 2014.

[9] W. Newell F. Oftalmologıa fundamentos y conceptos. Espana: Mosby. 1933.

[10] Kandel Eric. Principios de Neurociencias. Espana: Editorial MCGRAW-HILL Interamericana de Espana. 2001.

[11] Imaging and Perimetry Society (IPS). H. S. Thompson, Michael Wall. History of Perimetry. Marzo 12, 2015.http://www.perimetry.org/PerimetryHistory/index.htm

[12] Morillo Luis E.(2014) Guıa 7 Analisis visual del electroencefalograma. Asociacion Colombiana de Neurologıa [On-line]. http://www.acnweb.org/es/publicaciones/guia-7-neurof isiologia/404-analisisvisual-del-electroencefalograma.html. Consultado el 24 de octubre.

[13] J.A. Estrada-Castillo, A. Montoya-Rodriguez, M.O. Mendez, A. Alba, Evaluacion de Potenciales Evocados Vi-suales con Estimulos de Diferente Intensidad y Color. XXXVII Congreso Nacional de Ingenieria Biomedica (CNIB2014), Puerto Vallarta, Jalisco, 23-25 de Octubre, 2014.

[14] Menezo J.L, Espana E. Tecnicas exploratorias en oftalmologıa. Espana: Editorial Espaxs. 2006.

[15] Wolpaw Jonathan R., Wolpaw Elizabeth W. Brain-Computer Interface principles and practice. Estados Unidos:Oxford. 2012.

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