Uso de ambientes virtuales y seleccin de parmetros de medida para el tratamiento de fobiasMauricio Plazas TorresIngeniero. Facultad de Ingeniera. Universidad Libre de Colombia. Bogot.RESUMENINTRODUCCIN:El nivel de la condicin de fobia y su progreso se establece con la evaluacin que el doctor realiza del paciente, sin tener un cierto control de las variables de medida que muestran una indicacin de su evolucin mdica.OBJETIVOS: Descubrir algunas variables cuantitativas y poder determinar la evolucin y el nivel de la enfermedad en pacientes con fobia mediante el uso de los signos vitales, como una herramienta de gran ayuda para los mdicos.MTODOS: Se midieron los signos vitales del paciente colocado en un ambiente relajado y se compararon estos resultados con los signos vitales medidos bajo un ambiente virtual que produca fobia, con el uso de equipos de realidad virtual y ambiente de altura y espacios cerrados. Al final de esta investigacin se determin si el ambiente virtual tena alguna influencia en los cambios sicolgicos vistos a travs de los signos vitales de temperatura, frecuencia cardaca y frecuencia fundamental de la voz.RESULTADOS: Algunos parmetros, como la frecuencia cardaca media, la energa y la duracin de la voz, no permitieron distinguir la reaccin de la persona en ambiente virtual y de reposo. Otros parmetros, como la temperatura, la variabilidad cardaca y la frecuencia fundamental de la voz, permitieron distinguir el estado de reposo y el ambiente virtual. Solamente el parmetro de temperatura y la frecuencia fundamental de la voz son tiles para ambiente virtual de altura.Palabras clave:Realidad virtual, trastornos fbicos, ambientes sintticos, medidas fisiolgicas, sicologa.INTRODUCCINEn los niveles de estrs que implican las actividades diarias del ser humano, el nmero de fobias y la gente que la sufren ha aumentado. Los tratamientos de fobia por la exposicin directa usada por los psiclogos mostraron ser eficaces; pero en muchos casos pueden ser un peligro para la salud fsica y psicolgica del paciente en el tratamiento,1Durante el cual puede llegar a suceder un mayor trauma o el dao fsico como consecuencia de un control incorrecto del ambiente o del procedimiento. Para lograr la disminucin de los traumas causados por el tratamiento de exposicin directa, est siendo usada una nueva tecnologa conocida como realidad virtual.2-4Los mtodos usados actualmente para medir la eficacia del tratamiento son las encuestas.1Por este motivo se piensa en la posibilidad de tener una evaluacin cuantitativa, diferente a la percepcin del paciente, que permita medir en una escala especfica el desarrollo de tratamiento y adicionalmente su uso como un instrumento de evaluacin para el tratamiento de fobia.5La utilizacin de la realidad virtual ha sido una constante en el campo tecnolgico.6Con la introduccin de esta tcnica en el tratamiento de fobias se espera crear situaciones de realidad virtual para el paciente y su exposicin directa al ambiente donde este pueda sufrir una fobia especfica, pero que sea de seguridad, creado por la computadora de un modo virtual, intentando conseguir un mejor control de este ambiente, y dar al paciente la posibilidad de cambiar a un medio relajado en una reaccin psicolgica peligrosa posible, de un modo sencillo, rpido y sin traumas.7Hay algunas preguntas posibles sobre el uso de esta nueva tecnologa en los tratamientos de fobias. Por ejemplo, si es verdad que la realidad virtual crea las condiciones que pueden hacer al paciente sentir los mismos efectos de la vida real8y en segundo lugar, si esta nueva tcnica pudiera ser un instrumento til para el tratamiento de fobia, teniendo en cuenta que no hay ningn mtodo vlido para valorar sus efectos en el paciente, diferente de la evaluacin subjetiva que el doctor hace basado en la percepcin paciente, que es el diagnstico tradicional de este tipo de enfermedad.Slo con una evaluacin simple de la evolucin del paciente con procedimientos actuales, sera peligroso si el resultado fuera hecho de modo incorrecto, especialmente para determinar el progreso en el paciente antes y despus del tratamiento, donde su estado fsico y psicolgico podra ser afectado en un verdadero ambiente.Una respuesta a esta consideracin podra ser encontrada en los signos vitales. Ha sido probado por mtodos de especialistas mdicos que los signos vitales son afectados con algunos cambios en los niveles de estrs. La hiptesis planteada en la presente investigacin est basada en la identificacin y la medida de signos vitales especficos de una persona en un ambiente relajado real, y se hace posteriormente la medida de los mismos signos vitales en un ambiente virtual, que muestra situaciones de peligros posibles o fobia a la que la persona ha sido expuesta, tratando de encontrar una medida que permita determinar si este ambiente ejerce alguna influencia en el paciente y cules seran los signos vitales ms adecuados para medir la influencia de la realidad virtual en pacientes con fobias. Los signos vitales identificados y usados en la investigacin son la frecuencia cardaca y la temperatura corporal.Otro elemento adicional para tener en cuenta es la frecuencia fundamental de la voz, en el cual se usa un software libre para su procesamiento.9Esperamos demostrar con esta investigacin que el uso de estos parmetros tendra la medida cuantitativa de la influencia de la realidad virtual en los cambios sicolgicos del paciente, sin la influencia de criterios personales. Las fobias elegidas para desarrollar este proyecto son la claustrofobia (miedo a esta en espacios cerrados)10,11y acrofobia (miedo a las alturas).12

SITUACIN DE ESTRS Y REGULACIN DE TEMPERATURACuando un paciente est bajo tensin intensa, siente cambios fuertes de sus emociones y sentimientos. Debido a los resultados del alto estrs, se causa una mala regulacin del sistema de calefactor del cuerpo humano. Estos cambios son ms notables en algunos sitios de cuerpo donde la irrigacin capilar es ms alta; por ejemplo, las manos.La causa fsica de esta reaccin es la segregacin hormonal con elementos potencialmente vasoconstrictores, los espasmos de msculos de las paredes de las arterias, la oxidacin que daan las membranas celulares rojas que los hacen ms gruesas y la formacin de cogulos debido a las plaquetas.13

VARIABILIDAD CARDACAEsto se refiere a una arritmia o ritmo no simtrico del nodo sinusal, que realiza la funcin de marcapasos del corazn.14Sucede en la fase de respiracin. Este es un parmetro fcilmente influenciado por cambios emocionales de las personas.

FRECUENCIA FUNDAMENTAL DE LA VOZLos msculos del cuerpo humano vibran en una frecuencia especfica. Esto incluye las cuerdas vocales. En algunas situaciones de tensin, la vibracin muscular cambia, al igual que la frecuencia de voz.Algunas tcnicas pueden ser usadas para estudiar los comportamientos de las cuerdas vocales. Uno de estos es la frecuencia fundamental de la voz. Consiste en la obtencin de la frecuencia del sonido producido por las cuerdas vocales, que es muy correlacionado con niveles de tensin y la entonacin.La revisin de la literatura que se realiz para esta investigacin se centr en los resultados de estadsticas de los desrdenes mentales en la actualidad, que nos dice la importancia de tener un tratamiento efectivo y medible1y da una idea de la importancia y aplicacin de los resultados de la presente investigacin, as como las herramientas para determinar actualmente la evolucin de los tratamientos de fobias mediante encuestas y actitudes de comportamiento.5En el rea tecnolgica, se estudi el uso de la realidad virtual en la medicina, tanto en el rea quirrgica como en tratamientos de fobias,2el estado del arte para la realidad virtual en el tratamiento de fobias, cmo ha evolucionado la realidad virtual en la medicina en los ltimos aos,6el uso de la cyberterapia como herramienta en la evolucin de los tratamientos mentales con el uso de la tecnologa7y las diferencias encontradas actualmente de los tratamientos en vivo y con elementos tecnolgicos simulados.8En rea fisiolgica se estudiaron los sistemas para determinar cambios en la frecuencia de la voz ante cambios de estrs,9motivos fisiolgicos del cambio de la temperatura corporal13y la variabilidad cardaca como una herramienta para medir alteraciones de compartimiento.14El logro principal es encontrar con la investigacin y con algunos instrumentos de realidad virtual, si los productos de ambiente sintticos producen efectos similares a los verdaderos y la posibilidad de usar estos resultados como un instrumento de medida del tratamiento de fobias.MTODOSEn el trabajo con un diseo experimental se encontr la seleccin de una muestra para la investigacin, que comenz con algunos estudiantes de ingeniera de la Universidad Libre de Bogot (ULC). Con el fin de tener un punto de partida para determinar el tamao de la muestra, se us un procedimiento estadstico. El resultado del anlisis ofreci la necesidad de hacer estudios sobre el total de 308 estudiantes entre 1 350 existentes en la ULC. Se desea un error estndar del 90 %. Los individuos seleccionados se sometieron a la prueba de forma voluntaria para cumplir con los requisitos estadsticos y ticos. La muestra de poblacin fue tomada de la base de datos de estudiantes de 2005, momento en que se realizaron las primeras pruebas.En la muestra de la poblacin seleccionada, el 43 % de los sujetos manifest tener algn tipo de fobia, mientras que el 57 % no manifest ninguno. Del grupo de personas que mostraron algn tipo de fobia, 56 % correspondi a miedo a las alturas, mientras que otro 18 % manifest fobias a los espacios cerrados y el resto de los individuos manifestaron algn tipo de fobia diferente.En el anlisis estadstico se us distribucin de frecuencia complementada con ciertas medidas resumen. Las ms importante usada en esta investigacin es la tendencia central o centralizacin, que indican el valor medio de los datos, y las de dispersin que miden su variabilidad. En segundo lugar se usaron medidas que describen el grado de simetra o de concentracin de la distribucin.El anlisis exploratorio se us de manera preliminar para determinar la existencia de asimetra y heterogeneidad de los datos mustrales, adems de valorar si la distribucin de tales datos se aleja de la distribucin normal. En virtud de este anlisis previo se tom la decisin ms certera acerca del tipo de tratamiento estadstico a la que se someti la muestra experimental.

EQUIPOS USADOSPara producir el ambiente virtual de esta investigacin, se usaron algunos equipos de la realidad virtual como: imgenes de 360 X 360, de espacios cerrados (tneles) y de alturas (montaas); un casco de realidad virtual,Head Mounted Display True800 X 600 resolucin, PC/ SVGA, con protector de medio ambiente; un seguidor infrarrojo,Head tracker, SmartNav 4, para seguimiento del movimiento de la cabeza; un sistema Polar para frecuencia cardiaca, Polar S625X, que transmite en RF la frecuencia cardaca; un micrfono; software para procesamiento de voz (SPS _Speech Filing System, 2008), que permite el anlisis de espectrograma, frecuencia fundamental de la voz, energa y duracin; un ventilador, para simular el viento en ambiente de alturas, y una cmara termogrfica(figura1)Flir System(SchererKR. 1977). Los equipos para medir las reacciones de los pacientes antes los ambientes virtuales son: medidor de frecuencia cardaca, software de procesamiento de voz y cmaras termogrficas. Los ambientes virtuales creados para la simular la realidad son luego proyectados en el casco de realidad virtual (figura 2).16

En cada proyecto de investigacin, donde los resultados tienen una influencia directa con la medicina y el procedimiento puede tener posibles efectos fsicos o sicolgicos en los pacientes que estn bajo prueba, es necesario cumplir con algunas exigencias que se ajusten a los mtodos ticos y de seguridad, para las personas de la poblacin seleccionada.Teniendo en cuenta las implicaciones mdicas, algunas sesiones de trabajo fueron realizadas con expertos de un equipo mdicos en signos vitales, quienes hicieron un anlisis profundo de la investigacin y realizaron algunas recomendaciones: Es importante evitar ataques de epilepsia en los pacientes por la fotosensibilidad o una reaccin a algunos patrones de estmulos lumnicos con un resultado de problema en la regulacin de ECG. Ellos sugieren un tiempo lmite para la sesin de realidad virtual menor de tres minutos, pensando en la disminucin de la reaccin del seguidor infrarrojo, y es necesario estar comprobando el movimiento de las imgenes durante la sesin para evitar movimientos bruscos que aumenten la probabilidad de epilepsia. Para la mano, es necesario para usar material de aislamiento con el fin de evitar cualquier transferencia de calor entre las manos y la mesa. Adicionalmente, el investigador debe incluir la prdida de calor por el ambiente usando frmulas de la transferencia del calor. En la encuesta inicial debe preguntarse sobre las fobias tratadas diferentes de los anteriores (los miedos de la altura y el miedo de espacios cerrados) para tener un cuidado especial con estos pacientes. El paciente tiene que leer con cuidado y entender que estas pruebas no representan ningn riesgo fsico o mental y su participacin es voluntaria. El paciente tiene que firmar al final de la encuesta. Antes de comenzar el tratamiento, el paciente tiene que someterse a una prueba visual, porque las personas con problemas visuales pueden sufrir cansancio, y necesitar una compensacin en las gafas de realidad virtual o la otra recomendacin es no trabajar con esta clase de pacientes.Haciendo un examen de algunos elementos, como la frecuencia y la variabilidad cardacas, as como la temperatura y la frecuencia fundamental de la voz, esperamos tener una escala cuantitativa de la evaluacin del paciente, especialmente para que los doctores puedan determinar el nivel de estrs del paciente y, por supuesto, el progreso de tratamiento o evolucin de las fobias en espacios cerrados y alturas.La seleccin de los signos vitales fue determinada por la facilidad en los mtodos de medida y la magnitud de los cambios en los niveles de estrs. Por otra parte, no hay ningunos estudios que muestren cambios significativos en los otros signos vitales.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEl trabajo experimental consisti en la creacin, en primer lugar, de los ambientes virtuales de altura y espacios cerrados para las personas que voluntariamente aceptan ser la parte del anlisis.Con estos ambientes virtuales podemos medir los signos vitales identificados en un ambiente relajado sin ningn nivel de tensin, y posteriormente tomar la misma medida en el ambiente virtual creado. Con el resultado se pueden contrastar las dos medidas y determinar si la realidad virtual tiene alguna influencia en los pacientes.Los pasos para el experimento fueron definidos as: En primer lugar, las personas fueron informadas sobre todo el proceso y la posibilidad de rechazar o abandonar la prueba segn su voluntad. Posteriormente los individuos que se sometieron voluntariamente a la prueba fueron entrenados en el uso de los equipos de realidad virtual en un nmero de secciones necesarias para que el ambiente fuera cmodo y controlado eficazmente por el usuario, sin sobrepasar tres minutos por sesin. La gran mayora de los usuarios no necesitaron ms de un entrenamiento. Una vez que la formacin fue terminada, se solicit a la persona llenar una encuesta simple. La nica finalidad de esta encuesta fue generar un ambiente de reposo que no produjera ningn tipo de estrs. Los datos no fueron contrastados con los resultados posteriores; slo fueron un mecanismo de relajamiento para poder averiguar si existan sntomas de fotosensitividad. Durante la encuesta fueron registrados los datos de signos vitales en estado de reposo. En los siguientes pasos, el paciente se someti a ambientes virtuales de altura y espacios cerrados y el investigador registr las medidas dadas por los signos vitales. El protocolo de la prueba fue revisado por tres mdicos: un especialista en signos vitales (anestesilogo), un investigador gentico, quien revis los procedimientos de la investigacin, y un psiclogo. Posteriormente las pruebas fueron realizadas por el investigador principal siguiendo las pautas y dej los casos especiales a los tres mdicos anteriores. Con estos resultados, se realiz una comparacin de los datos encontrados bajo los dos ambientes, con el fin de encontrar algunas diferencias que permitieran que validramos el mtodo de esta investigacin. Al final de esta prueba se realiz una nueva encuesta. Se pregunt a los individuos sobre la impresin del experimento y el nivel de estrs generado por los ambientes virtuales. Esta informacin fue correlacionada con los datos de los signos vitales.RESULTADOSDe las personas que haban manifestado tener miedo a las alturas, 47 % informaron sentirse un poco afectadas por el ambiente virtual, mientras que 5 % de estos individuos se sintieron muy afectados.Manifestaron sntomas como mareo durante y despus de la prueba el 8,8 % de los individuos sometidos al ambiente virtual. Estos sntomas son conocidos comomotion sicknessosimulation sickness.Para individuos con miedo a las alturas, la frecuencia cardiaca present un valor similar en reposo y en el ambiente virtual (reposo: 83,3 bpm); ambiente virtual: 84,4 bpm, significacin: 0,754). No existi una diferencia significativa entre los ambientes (ANOVA, significacin: 0,413) y el promedio de frecuencia cardaca fue similar.Para la temperatura corporal, despus de aplicar un anlisis de varianza (ANOVA) para un grupo de sujetos homogneos que padecan miedo a las alturas, se compararon sus valores medios mediante la prueba t destudent-Newman_Keuls. La temperatura corporal no fue un parmetro que tuviera una diferencia significativa en los dos ambientes. Los cambios de la temperatura promedio en el ambiente virtual de espacios cerrados fueron bajos (tabla 1.)En los individuos con miedo a las alturas, al realizarse el mismo anlisis estadstico anterior, concluimos que el parmetro de frecuencia fundamental de la voz manifestaba un incremento en su valor (tabla 2).En los pacientes con miedo a las alturas, la energa de la voz no presentaba cambios significativos segn el anlisis estadstico ANOVA (0,383). En los resultados de estadstica descriptiva, la energa de la voz no mostr cambios significativos en reposo, ambiente virtual de alturas y ambiente virtual de espacios cerrados (81,4, 80,5, 80,7 decibelios, respectivamente). Este resultado estadstico indic que la energa de la voz no era un parmetro adecuado para determinar la influencia de la realidad virtual en individuos con fobias.Al realizarse el anlisis estadstico ANOVA en dos grupos de trabajo, uno en un ambiente de reposo y otro en ambos ambientes virtuales, se pudo observar que existan diferencias en el comportamiento de la variabilidad cardaca entre el grupo de individuos en estudio que estaba en estado de reposo, y el que estaba bajo el ambiente virtual de alturas o espacios cerrados.La media de la variabilidad cardaca cambi en forma significativa, al mostrar una disminucin en el valor medio, resultado que concuerda con la literatura mdica (tabla 3).

DISCUSINLos datos de informacin encontrados en la prueba anterior muestran que hay algunos parmetros que presentan cambios en los diferentes ambientes. Algunos otros parmetros no sufren ningn cambio, entonces no pueden ser usados para determinar la eficacia de la realidad virtual para el tratamiento de fobia. Los resultados previos a este documento fueron presentados en el Segundo Congreso Internacional de Investigaciones Biomdicas del Caribe colombiano (2006) y en elWorld Congress on Engineering and Computer Science WCECS2007(San Francisco, California).A partir de los resultados obtenidos del rango en que la realidad virtual afecta a los individuos de la prueba, se considera que se deben mejorar las interfaces de realidad virtual para obtener unos sistemas ms ajustados a la realidad. Con los sistemas de realidad virtual actuales existe una diferencia en cuanto a la forma en que el cerebro percibe el mundo real y la realidad virtual. En relacin con los efectos conocidos comosimulation sicknessymotion sickness,estosson ocasionados por la diferencia entre la respuesta que espera recibir el cerebro y la que reciben los sentidos. Esto confirma el criterio anterior de que es necesario mejorar las interfaces de entrada y salida de los sistemas de realidad virtual.Los resultados de frecuencia cardaca media muestran que esta no constituye un buen parmetro para evaluar si un paciente es afectado por la realidad virtual. De la misma manera, en ambientes virtuales de espacios cerrados no existe una diferencia significativa entre los ambientes, y el promedio de frecuencia cardaca es similar, lo que indica que no es un parmetro til en este ambiente.La temperatura corporal media permite identificar el nivel de estrs de un individuo sometido a ambientes virtuales, comparado con los ambientes de reposo, a travs de un incremento leve, pero significativo, de la temperatura corporal.En contraste con el ambiente virtual de alturas, la temperatura corporal no es un parmetro til para determinar la influencia del ambiente virtual de espacios cerrados. Este parmetro solamente puede ser usado en ambiente virtual de alturas. Esto significa que el ambiente virtual de alturas es percibido como ms cercano a la realidad, comparado con el ambiente de espacios cerrados.La diferencia de los dos ambientes, con el uso de la temperatura corporal en la presente investigacin, muestra un incremento significativo en la temperatura. Un estudio riguroso de la literatura mdica manifiesta que un individuo sometido a estrs presenta una disminucin de su temperatura corporal. Esta posible discrepancia se explica ya que el ambiente virtual no genera una reaccin muy fuerte; pero el miedo al ambiente produce un nivel alto de atencin, que se manifiesta con sntomas similares al relajamiento, y como resultado una disminucin de la temperatura corporal.En los individuos con miedo a las alturas, basados en el mismo anlisis estadstico anterior, el parmetro de frecuencia fundamental de la voz es adecuado para determinar si un individuo es afectado emocionalmente por un ambiente virtual de alturas, lo que se manifiesta por un incremento de la frecuencia fundamental de la voz.15El parmetro de variabilidad cardaca, segn el resultado de la investigacin, es el nico que permite identificar el nivel de estrs generado por los dos ambientes virtuales de alturas y espacios cerrados. Los dems parmetros slo pueden ser usados en ambiente virtuales de alturas. Este resultado indica que el ambiente virtual de espacios cerrados no presenta el mismo nivel de similitud con el ambiente real.La realidad virtual es un instrumento usado para el tratamiento de fobia por algunos centros mdicos.11,18-20Por la necesidad de tener un instrumento para medir en una escala cuantitativa la eficacia del tratamiento y la evolucin del paciente con estados de fobias, la investigacin presente basada en estudios mdicos sobre la influencia del estrs en los signos vitales trata de determinar la eficacia de la realidad virtual y establecer una escala que puede ser usada por el mdico en el tratamiento, para determinar al final qu parmetros son los adecuados para revisar la evolucin del tratamiento de fobias por realidad virtual.21CONCLUSIONESCon los signos vitales y la frecuencia fundamental de la voz encontrada y comprobada, se puede concluir que hay algunos parmetros, como la frecuencia cardaca media, la energa de la voz y su duracin que no permiten distinguir la reaccin de la persona en ambiente virtual y de reposo. Otro parmetro, como la temperatura, la variabilidad cardaca y la frecuencia fundamental de la voz deja distinguir el estado de reposo y el ambiente virtual. Solamente el parmetro de temperatura y frecuencia fundamental de la voz son tiles para ambiente virtual de alturas. Estos resultados se deben utilizar en el seguimiento de un paciente con fobia mdica declarada durante todo el tratamiento, bajo la supervisin en un centro mdico especializado en fobias con el uso de la realidad virtual.Los pacientes que son adecuados para este tipo de tratamiento son aquellos sin limitaciones visuales o auditivas, ya que parte del resultado de la realidad virtual se logra con visin binocular y con la diferencia auditiva de los sistemas receptores de sonido. Por otra parte, los pacientes con fotosensibilidad alta o con algn sntoma de epilepsia por patrones lumnicos deben abstenerse de usar esta metodologa. El tiempo lmite recomendado para evitar los anteriores inconvenientes y el cansancio o los falsos positivos es de tres minutos.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS1. American Psychiatric Association.Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders DSM-IV TR, American Psychiatric Publishing. 2000:943.2. Waterworth JA. Virtual reality in medicine: a survey of the state of the art. Disponible en URL:http://www.informatik.umu.se/iwworth/medpage.html.3. Botella C, Baos R, Perpi C, Ballester R. Realidad virtual y tratamientos psicolgicos: anlisis y modificacin de conducta. 1998;24:5-26.4. Botella C. Realidad virtual y tratamientos psicolgicos. Madrid: III Congreso Internacional de Psicologa Conductual. 1997.5. Cohen DC. Comparison of self-report and overt-behavioral procedures for assessing acrophobia.Behavior Therapy. 1977;8(1):17-23.6. Rosen JM, Soltanian H, Redett RJ, Laub DR. Evolution of virtual reality (Medicine). Engineering in Medicine and Biology Magazine. 1996;15(2):16-22.7. Riva, G. 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