Identificación y clasificación del nivel de estrés académico a partir de la respuesta galvánica...

Identificación y clasificación del nivel de estrés académico a partir de la respuesta galvánica de la piel.

Autores:Liliana Garzón Díaz

Sandra Milena García Ávila

Director:Msc. Luz Helena Camargo

Universidad Distrital Francisco José de CaldasIngeniería Electrónica

Identificación y clasificación del nivel de estrés académico a partir de la GSRGarzón. L, García. S y Camargo . L

Grupo de Investigación INVID

Motivación Metodología

Resultados Conclusiones

Agenda

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones


1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones


Descripción del problema Estrés Fisiología del estrés Objetivos



Descripción del problemaEstrésFisiología del estrés Objetivos

Agenda


Estrés académico

Área de sicología (Bienestar

institucional)

Variaciones intra e inter-

especialista en el diagnóstico.

Estudios revelan altos porcentajes

de estrés en estudiantes de pre y-postgrado (86%-

100%)

Combinar la evaluación sicológica con la medición de

un parámetro fisiológico no

invasivo

Busca establecer la relación entre la

respuesta galvánica de la piel y el nivel

de estrés académico

Trastornos de ansiedad Crisis familiaresDificultades académicasConfusión vocacional

Motivos de consulta

Motivación En búsqueda de




Descripción del problema

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones


Descripción del problemaEstrés Fisiología del estrés Objetivos




Agenda


Walter B. Canon [2]

Hans Selye [3]

Claude Bernard [1]

Estabilidad y control del entorno.

Término homeostasia

Síndrome de Adaptación

General (SAG)

1922

1867

1936

Clasificación del estrés [4]

[1 ]Imagen de dominio publico tomada de http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Claude_Bernard_3.jpg[2] Imagen tomada de Harvard Medical School http://ids.lib.harvard.edu/ids/view/1013993[3] Imagen tomada http://youthcounselling.wordpress.com/2009/09/12/[4] ] D. Pedraza. (2005). Índice de Estrés. pp. 4. Disponible: http://www.gdv.com.es/estudios_de_usuarios/Dante%20Pedraza%20%20Indice%20de%20estres.pdf




Estrés

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Claude_Bernard_3.jpg

http://ids.lib.harvard.edu/ids/view/1013993

http://youthcounselling.wordpress.com/2009/09/12/


El estrés es “el conjunto de reacciones fisiológicas que prepara el organismo para la acción” [5].

Definición de estrés

El estrés académico, es aquél que se produce a partir de las demandas que exige el ámbito educativo [6].

Definición de estrés académico

[5] LEKA, S, La organización del trabajo y el estrés, serie de protección de los trabajadores, No.3, Organización Mundial de la Salud OMS, 2004.[6] CALDERA, J, ESTELA, B, MARTÍNEZ, G, Niveles de estrés y rendimiento académico en estudiantes de la carrera de Psicología del Centro Universitario de Los Altos, Revista de Educación y Desarrollo, 2007.




Definición de Estrés

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones






Agenda


[7] BERMÚDEZ, N y MALDONADO, Equipo de biorretroalimentación basado en el fenómeno electrodérmico, Tesis Especialización, Escuela Superior Del Litoral, Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación, Ecuador, 2003, p. 4-11.




Reacción del cuerpo humano bajo estrés





Medición de parámetros fisiológicos

Parámetro Técnica de mediciónTensión arterial y frecuencia

cardiacaFrecuencia cardíaca y presión

arterial Volumen de la sangre Pletismografía

Amilasa salivalCromatografía liquida de alto

rendimientoInmunoensayo enzimático

Diámetro de la pupila ElectrooculogramaElectrorretinograma

Actividad bioeléctrica muscular Electromiografía

Actividad bioeléctrica de la piel GSR (Respuesta Galvánica de la Piel)

[8] GARCÍA, S, GARZÓN, L, CAMARGO, L, Revisión de dispositivos electrónicos para determinar estrés a partir de variables fisiológicas, Revista Visión Electrónica, Vol. 5, , pp. 114-122, ICFES. ISSN: 2248-4728, 2010.

Parámetros fisiológicos para la medición de estrés [8]


Luigi Galvani [9]

Estr

és sudoración

Resis

tenc

ia

eléc

tric

a

Rela

jaci

ón

Las medidas de resistencia eléctrica determinan o infieren información acerca del tejido, siempre y cuando el evento en análisis presente un cambio en dimensión, en sus propiedades dieléctricas o en su conductividad.

[9] Imagen de uso publico tomada de wikimedia http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7e/Galvani.jpg




Resistencia de la piel y estrés

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones






Agenda


Determinar niveles de estrés académico, por medio de un prototipo electrónico que emplee la medición de la respuesta galvánica de la piel, en estudiantes del proyecto curricular de Ingeniería Electrónica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.




Objetivo General


Diseñar un prototipo sensor que determine la medición de la respuesta galvánica de la piel. Medir el nivel de estrés académico, combinando un test sicológico y la medición de la respuesta galvánica de la piel y construir una base de datos con la información adquirida. Relacionar los rangos obtenidos con la respuesta galvánica de la piel y la clasificación del nivel de estrés evaluado.




Objetivos Específicos



Agenda

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones




Metodología


TEST SICOLÓGICO

ADQUISICION DE DATOS

PROCESAMIENTO DE DATOS

(Sistemas difusos y análisis estadístico)

CLASIFICACIÓN DE NIVELES DE ESTRÉS

ACADÉMICO

MEDICIÓN DE LA GSR

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones


Test sicológico Medición de la GSR Sistemas difusos




Agenda





Test sicológico aplicado

1. Se contó con la asesoría de un experto.2. Test orientado a la evaluación de estrés académico.3. El test debía brindar la clasificación del nivel de estrés

académico, con un mínimo de tres niveles (leve, moderado, alto)

Selección del Test

Psic. Gabriel Villamarin

La toma de datos se realizó, conforme a los criterios y metodología, establecida en la resolución 008430 de 1993 (investigación biomédica):1. Se dieron instrucciones verbales2. Se suministro el consentimiento informado a cada estudiante.

Procedimiento


Para la medición del estrés académico se utilizó un cuestionario del Inventario SISCO de Estrés Académico, con la siguiente estructura:

1. Filtro para seleccionar que los estudiantes encuestados tengan las mismas características

2. Nivel de estrés auto-percibido.3. Información sobre la variable independiente (estresores), las variables dependientes (los síntomas) y las estrategias utilizadas por los estudiantes ante el estrés.

Estructura del cuestionario





Dr. Arturo Barraza


Modelo de preguntas escala Tipo Likert de cinco puntos1: Nunca2: Rara vez3: Algunas veces4: Casi siempre 5: Siempre

Medida en una escala de 0-1:•Confiabilidad por mitades: 0.87•Confiabilidad alfa de Cronbach : 0.90

Confiabilidad






El test se aplico a estudiantes de la facultad de ingeniería del proyecto curricular de Ingeniería Electrónica

Criterios de inclusión

•No responder la totalidad del test.•No suministrar la totalidad de datos personales.•No asistir a las dos sesiones de la toma de datos.•Estar en prueba académica.•No percibe estrés durante el semestre.

Criterios de exclusión




Criterios de Inclusión y Exclusión

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones


Test sicológico Medición de la GSR Sistemas difusos Obtención de datos



Test sicológico Medición de la GSR Sistemas difusosObtención de datos

Agenda


Fuente de corriente Oscilador Filtro

NotchAmplificador de

Instrumentación Acondicionador

DigitalizaciónADC

Visualización

EA EB

EC

B1: Etapa de Inyección de CorrienteB2: Medida de VoltajeB3: Etapa de digitalizaciónEA= Electrodo inyección de corrienteEB= Electrodo medida de voltajeEC= Electrodo de referencia

B 1 B2

B 3




Etapas



Notch

ANALISIS DE REDES

MEDIDA DE V-I EN RF

MEDIDA DE V-I

RESONANCIA

PUENTE AUTOBALANCEADO

100 MHz

1 MHz 1.8 GHz

10 kHz 110 MHz

22 kHz 30 MHz

5 Hz 400 MHz

1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10GF (Hz)

Métodos de medidas de la resistencia de la piel

Error de medidamono-frecuencia

≈ 2 %

50K




Etapa I: Oscilador

[10] PÉREZ, C, Equipo de espectroscopia de Bioimpedancia eléctrica en el margen de . Universidad Politécnica de Cataluña, 2011, pp 16. Disponible http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/7041



Notch

Oscilador puente de Wien

Genera ondas sinusoidales sin necesidad de señal de entrada.

Brinda una efectiva estabilización de amplitud, sin recortar la señal .




Etapa I: Oscilador



Notch

Rechaza la frecuencia producida por el ruido de la red y sus armónicos (60 Hz).

El amplificador no tiene ganancia, se utiliza en configuración seguidor para no alterara la señal proveniente del oscilador.




Etapa I: Filtro Notch



Notch

Zonas para las alteraciones de la piel [10]

Quemadura grado 3

Produce enrojecimiento e hinchazón de la piel

Coloración morada en la piel e hinchazón

1mA

EABuffer: Acoplador de

Impedancia

Protección contra desfibrilación ON/OFF

Electrodo

[10] PÉREZ, L, NTP 400: Corriente eléctrica: efectos al atravesar el organismo humano. Ministerio de trabajo y asuntos sociales. España. [Online] [Citado 2012-01-10] Disponible en internet: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/301a400/ntp_400.pdf




Etapa I: Fuente de corriente

http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/301a400/ntp_400.pdf


Amplificador de Instrumentación Acondicionador

EBEC

Ganancia máxima 100V/V

Alta impedancia de entrada Ω.

CMRR (Relación de rechazo en modo común) 86 dB.Ancho de banda 0.120 MHz.Ganancia de voltaje:




Etapa II: Amplificador de Instrumentación


Amplificador de Instrumentación Acondicionador

Rectifica la señal.

Se acondiciona la señal para la entrada a la etapa digital.




Etapa II: Acondicionamiento


DigitalizaciónADC Visualización

MC68H908QY4 de la Familia Freescale de Motorola [11]

PUERTOS DEL MICROCONTROLADOR

ASIGNACIÓN

PTB7,PTB6,PTA5,PTB4,PTA3,PTB0,PTB1,P

TA1,PTB2,PTB3LCD

PTA0Entrada de

la medición de voltaje

PTA,PTA5 Cristal

Conversor análogo-digital de 10 bits de resolución.

Se adapta a las entradas y salidas requeridas.

Versatilidad de ubicación por su tamaño.

[11] DATASHEET, Microcontrolador de la familia Freescale, Frescale Semiconductor, 2005-2010. [Online] [Citado 2012-01-10] Disponible en internet: http://www.freescale.com/




Etapa III: Digitalización

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?PHPSESSID=4e2cg6rb6h0acq7nnvf9au2hr7&topic=22550.msg178987

http://www.freescale.com/


DigitalizaciónADC Visualización

El prototipo se clasifica en los instrumentos indicadores.

Visualización de la resistencia del paciente en KΩ.




Etapa III: Digitalización


Diseñada según la norma NTC-IEC 60601-1 (valor de alimentación no supera los 250V).




Fuente de Alimentación


Aislamiento galvánico del transformador separa tierras (red y electrodos).

Fusible en la fuente de alimentación.

Se referencia a tierra, uno de los tres electrodos EC (norma NTC-IEC 60601-2-2)




Especificaciones de seguridad


Electrodos superficiales bañados en 20 micropulgadas de oro .

Reusables.

Tiempo de vida de 6 meses.

Alta conductividad: 4.44 x .

Impedancia baja.




Tipos de Electrodos


EA EB

EC

[12] RUIZ, A, Anatomia Humana, Ed. Medica Panamericana. 4 Ed. 2004.




Ubicación de electrodos


EA

EB

EC




Ubicación de electrodos

[13] LIZARDE, A, Medición de impedancia eléctrica de la piel en el rango de frecuencia de 5 a 1,000 H”, Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica, 2007, XXVIII, pp. 77-82.

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones






Agenda


El sistema difuso tiene la capacidad de incorporar la experiencia humana a través de [14,15]:

Modelamiento lingüístico y construcción de reglas Conjuntos que permiten aproximar el análisis y pensamiento humanoProcesamiento numérico y simbólico dentro de un mismo esquema de inferencia.




Sistema difuso

[14] HAN, J y KAMBER, M, Data Mining: Concepts and Techniques, Editorial The Morgan Kaufmann Series in Data, 2da edición, Capitulo 6, 2006 [15] PEDRYCZ, W, Fuzzy Modelling: Paradigms and Practice, Kluwer Academic Press, 1996.

Inferencia difusa AG

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones






Agenda


MEDICIÓN DE ESTRÉS

ACADÉMICO

ETAPA I(Estímulo estresor)

ETAPA II(sin estímulo estresor)

•Instrucciones preventivas•Aplicación del Test•Medición de la GSR (limpieza previa de los electrodos, el cambio del gel conductor y el micropore)

Proceso




Obtención de datos



Agenda

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones



54 estudiantes de la materia electrónica de potencia, de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas participaron en este estudio piloto. De los cuales el 83.4% de los encuestados, cumplió con todos los requisitos para formar parte de la muestra, y el 16.6% restante no cumplieron con los requisitos de inclusión, formando un total de 45 participantes.



Población de estudio

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones


Análisis previos Análisis exploratorios Resultados finales



Análisis previos Análisis exploratoriosResultados Finales

Agenda


Mayor Recurrencia




Resultados del test sicológico


RESULTADOS DE LA CLASIFICACIÓN DEL TEST




Resultados de la clasificación del test


Variación de la GSR de diferentes personas: Promedio de




Análisis previos de la GSR

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones






Agenda





Registro de los datos


0 a 11 a 2

2 a 33 a 4

4 a 5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

15,5

31,135,5

17,7

0

4,4

17,7

42,2

26,6

8,8

Sesión 1Sesión 2

GSR (KΩ)

Porc

enta

je d

e es

tudi

ante

s (%

)

GSR es mayor para la segunda sesión, que para la primera.




Medición GSR


Dispersión de datos de la GSR Dispersión de datos del test sicológico




Dispersión de datos


Dispersión de datos de la test sicológico vs GSR.




Dispersión de datos





Análisis estadísticoTest no paramétrico Kolmogórov-Smirnov

Nivel de significancia del 5%

Test no paramétrico Kolmogórov-Smirnov sobre bondad de ajuste





Análisis estadístico

Método estadístico

(nivel de confianza) :

Hipótesis Nula (Ho): La GSR es igual en ambas pruebas

Hipótesis Alterna (): La GSR es diferente en ambas pruebas

[16] MARTÍN, A y LUNA del CASTILLO, J, Tablas de bioestadística, ediciones norma-capitel, Ed. 6, pp.10, 2006.

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones






Agenda


En este proyecto se emplea un sistema de inferencia difusa con un algoritmo genético como entrenamiento, para la clasificación del nivel de estrés académico.




Clasificación de nivel de Estrés académico





Costos académicos


Comparación con dispositivos comerciales:GSR Galvanic Skin Reponse Amplifier,

referencia GSR100C




Costos comerciales

1 Motivación

2 Metodología

3 Resultados

4 Conclusiones




AportesTrabajos Futuros

Agenda


Para la medición de la GSR, es de vital importancia informarse de los diferentes métodos y sus características para la construcción de cualquier prototipo, como la frecuencia óptima de trabajo y la seguridad que ofrece cada método al ser aplicado en los usuarios.

La medición de la GSR brinda información valiosa sobre la reacción del cuerpo humano ante estímulos estresores, que en comparación con el test sicológico y con una valoración verbal no es posible detectar.

Estos resultados permiten analizar la importancia de la medición de variables fisiológicas en el diagnóstico.




Conclusiones


Incursionar en la medición de estrés académico, por medio de la combinación de un análisis sicológico, en contribución a la creación de nuevas herramientas que le permita al especialista un fácil diagnóstico.

Con la información almacena de estas mediciones, se construyo una base de datos, que es de gran importancia para el estudio del estrés académico presente en los estudiantes y que aporta gran información para futuros trabajos.

Se supera el número de población en comparación con estudios previos de la medición de la GSR (electro-conductancia), considerando este como una prueba como piloto.

A nivel comercial, el prototipo final se considera competente en comparación con los existentes en el mercado.




Aportes


Incluir la medida de otras variables fisiológicas para observar los cambios del cuerpo ante estímulos estresores. Se sugiere mejorar el algoritmo, para reducir el error de clasificación, además de incorporar este hardware en un integrado de superficie y que en conjunto con el dispositivo formen la interfaz sin necesidad de un equipo adicional. Se sugiere pasar de un del estudio piloto a una población mayor de estudiantes y aplicar estas pruebas con otras situaciones y entornos estresores.

En la actualidad no se registran estudios de un modelo estándar para la medición de la GSR en relación con el nivel de estrés, se sugiere realizar un estudio para obtener un modelo que describa este comportamiento.




Trabajos futuros


GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Espacio para preguntas

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