Download Comunicación Inalambrica para el monitoreo de señales

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA.
TALLER DE INVESTIGACIÓN II
“COMUNICACIÓN INALAMBRICA PARA EL MONITOREO DE
SEÑALES BIOELECTRÓNICAS”
TRABAJO REALIZADO POR LOS ALUMNOS:
 DAMIÁN ESTEBAN, BENITO
 MOGUEL RODRÍGUEZ, LUIS ALONSO
 SANSORES PERAZA, DANIEL
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
PROFESORA: M.T.E. MARÍA MARGARITA ÁLVAREZ CERVERA
FECHA: 15 DE DICIEMBRE DE 2011
Instituto Tecnológico de
[SISTEMA TELEMÉTRICO INALÁMBRICO PARA] Mérida
ÍNDICE DE TEMAS
Pág.
Introducción
7
Objetivos de la Investigación
8
Hipótesis
9
Delimitaciones y Limitaciones
9
Justificación
10
Impacto social, tecnológico, económico y ambiental
10
Capítulo I
13
Aspectos Teóricos
14
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Neurociencia
Neurociencias y calidad de vida
Neurona
Las señales nerviosas
Medición de señales bioléctricas
Electrofisiología
Electrofisiología de una neurona
1.7.1 Potencial Eléctrico
1.7.2 Diferencia de Potencial
1.8 Los animales en la investigación científica
1.9 Modelos Animales
14
15
16
18
22
22
23
23
24
24
25
Capítulo II
29
Antecedentes y Trabajos Recientes
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1
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2.1 Antecedentes
30
Investigadores
Ainsworth 1977
30
Kubie 1984
30
Jaeger 1990
30
Szabo 2001
30
Mountcastle 1991
31
Eichenbaum 1977
31
Fisher 1995
31
Kelland 1991
31
West 1998
31
Yamamoto 1984
32
Grohrock 1997
32
Michale 2001
32
Yanlin Lei 2004
32
Jorge Cham 2005
33
Horgan Jhon 2005
33
Diederik Schregardus 2006
33
Chia-Nan 2005
34
Pedram Mohseni 2005
34
Shoji Takeuchi 2004
34
Chung Chiun Liu 2006
35
Michael Risk 2009
35
2
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Henrique Miranda 2010
35
Eliades 2008
36
Xuesong 2008
36
Cristoph Zenner 2010
37
Harrison 2010
37
Francisco Heredia Herrera 2009
38
2.2 Trabajos Recientes
39
Investigadores
Reid Harrison 2011
Capítulo III
3.1. Definición del problema a resolver.
3.2. Determinación de las variables de entrada y de salida.
3.3. Definición del sistema por etapas.
3.4. Desarrollo de cada etapa.
3.4.1. Desarrollo del módulo Headstage.
3.4.1.1. Microelectrodos
3.4.1.2 Micromotores
3.4.1.3. Controlador de los micromotores
3.4.2. Desarrollo del módulo Backstage.
3.4.2.1. Medidor de biopotenciales eléctricos
3.4.2.2. Microcontrolador en modo esclavo
3.4.2.3. Modulo transceptor en modo transmisión
3.4.2.4. Modulo transceptor en modo recepción
3.4.2.5. Microcontrolador en modo Maestro
3
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Capítulo IV
88
Pruebas y Resultados
88
4.1. Pruebas.
4.2. Resultados.
4.3. Conclusiones.
4.4. Recomendaciones.
89
93
94
95
Capítulo V
96
Perspectivas y Tendencias
96
5.1 Perspectivas, tendencias a corto y largo plazo
97
5.1.1 Tendencias a corto plazo
97
5.1.2 Tendencias a largo plazo
97
Referencias Bibliográficas
98
Anexo 1.
101
Anexo 2.
105
4
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ÍNDICE DE FIGURA
FIGURA.
CAPÍTULO 1
Figura 1.1 (a: izquierda, b: derecha) Pericarion, núcleo de la célula
PÁGINA.
16
Figura 1.2. Fotografía de dentritas
Figura 1.3. Fotografía de axón
Figura 1.4. Partes de la Sinopsis Neuronal
Figura 1.5. Neurona típica
Figura 1.6. Potencia de acción de una neurona
Figura 1.7. Ilustración de un potencial bifásico.
CAPÍTULO 3
Figura 3.1. Diagrama a bloques de la determinación de las variables de
entrada y salida.
Figura 3.2. División por partes de la unidad electrónica de la rata.
Figura 3.3. Ilustración de un potencial de acción.
Figura 3.4. Imagen del Micromotor SQUIGGLE de New Scale
Technologies.
Figura 3.5. Imagen del controlador NSD-1202.
Figura 3.6. Diagrama a bloques del funcionamiento del controlador NNSD1202
Figura 3.7. Imagen de la tarjeta MC-33DB Daughter Board
Figura 3.8. Diagrama que ilustra las condiciones de Start y Stop en la
comunicación I2C
Figura 3.9. Diagrama de direccionamiento para la interfaz I2C.
17
17
18
19
20
21
Figura 3.10. Cristal Oscilador de 20MHz
Figura 3.11. Diagrama esquemático del módulo Headstage.
Figura 3.12. Diagrama a bloques funcional del dispositivo ADS1298.
Figura 3.13. Bloque multiplexor de entrada para cada canal del dispositivo
ADS1298.
Figura 3.14. Conexión con una alimentación unipolar (+3V/+1.8)
Figura 3.15. Diagrama de conexión para el ADS1298.
Figura 3.16. Diagrama de la división de Bytes que envía el
microcontrolador.
Figura 3.17. Modulo transceptor DR300 de RF Monolithics Inc.
Figura 3.18. Transceptor Hibrido TR1100.
Figura 3.19. Esquematico del modulo DR3300.
Figura 3.20. Circuito de aplicación para la transmisión de 1Mbps.
Figura 3.21. Diagrama esquemático para transmisión inalámbrica de
potenciales neuronales.
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Figura 3.22. Diagrama esquemático de la recepción de datos provenientes de
la estación base de trabajo.
Figura 3.23. Diagrama esquemático de la comunicación vía RS-232 ente los
dos microcontroladores
Figura 3.24. Diagrama esquemático que ilustra la salida de los buses de
comunicación SDO y SCL para comunicación I2C de los micromotores.
Figura 3.25. Diagrama esquemático de la conexión entre los
microcontroladores PIC12LF1822 y los Módulos DR3300.
CAPÍTULO 4
Figura 4.1. Diseño de tarjeta de transmisor/receptor
Figura 4.2. Montaje de tarje de transmisor/receptor
Figura 4.3. Tarjeta de receptora, para la simulación de estación base
Figura 4.4. Tarjeta entrenadora G-Pic
Figura 4.5. Diagrama a bloques de conexión para pruebas
Figura 4.6. Diagrama de flujo de programación para microcontrolador de
transmisor
Figura 4.7. Diagrama de flujo de programación para microcontrolador de
receptor
Figura 4.8. Prueba de subsistema de comunicación inalámbrica
ANEXO 1
Figura 1. Diagrama PCB Layout de la tarjeta MC-33DB
6
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Introducción.
A lo largo de los años los grupos de investigación en el campo de las
neurociencias han tenido un problema metodológico que por varios años no se ha
podido solucionar satisfactoriamente. Estos grupos se dedican la mayor parte del
tiempo a la búsqueda, detección y medición de las señales eléctricas en el registro
extracelular de las neuronas encargadas del control de la actividad motora
voluntaria de las ratas (se utilizan ratas debido a que estudios han demostrado que
en cuanto a mamíferos se refiere su actividad neuronal es la más parecida a la del
ser humano) mientras las ratas son sometidas a experimentos con manipulaciones
farmacológicas, para estudiar el comportamiento del animal cuando es sometido a
diferentes medicinas en diferentes dosis.
El problema metodológico que existe hasta el día de hoy es que los registros
de la actividad neuronal de las ratas durante los experimentos, no es confiable al
cien por ciento debido a la existente manipulación que es necesaria para el
reacomodo o ajuste de los sistemas que recolectan las señales de las neuronas de
las ratas, y además existen las restricciones de movimiento que se le otorga al
animal al usar sistemas alámbricos, ya que estas acciones alterar el nivel de estrés,
así como también provocan alteraciones fisiológicas y bioquímicas al animal
Dichos factores dan origen al diseño y la creación de varios sistemas
inalámbricos, los cuales puedan de alguna forma de evitar las restricciones y las
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manipulaciones que provocan las alteraciones en el comportamiento de la rata
durante su estudio, y se pueda permitir el movimiento libre y natural de la rata
para obtener resultados más fidedignos.
Objetivos de la investigación:
Objetivo general:

Transmitir de manera inalámbrica la lectura de las 6 señales digitalizadas
obtenidas por los sensores colocados en las neuronas de la rata.

Recibir la señal de corrección de los micromotores para el reposicionamiento
de los sensores para procesarla por medio de un microcontrolador que es el
encargado del movimiento de los micromotores.
Objetivo específico:

Transmitir los datos procesados de las 6 señales digitalizadas de manera
inalámbrica por el protocolo RS-232. Las 6 señales constan de 20 bytes de 10
bits cada byte (8 bits de información, 1 de inicio de comunicación y uno de
parada de comunicación) a una velocidad de 1 Mbps.

Recibir la señal que envía los datos de reposicionamiento de los
micromotores, primeramente reconociendo que la señal es absolutamente
para el reposicionamiento de dichos motores, a una velocidad de 1 Mbps a
una distancia de aproximadamente 3 metros.
8
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
Procesar la información proveniente de la estación base para reacomodo de
los micromotores para luego con un microcontrolador mover los motores
con las especificaciones deseadas y se realice el ajuste sensores.
Hipótesis:
El uso de un sistema que pueda otorgar una alta confiabilidad de transmisión y
recepción de los datos generados por las señales neuronales de la rata de manera
inalámbrica a una distancia considerable (3 metros), genere una mayor veracidad
en el análisis de la actividad neuronal del animal en estudio y esto se vea reflejado
en una mejora para las pruebas farmacológicas a realizar posteriormente.
Delimitaciones y limitaciones:
Debido a que el peso y el tamaño del sistema están restringidos, el prototipo
presentado en esta tesis se realizara como prototipo con dispositivos de montaje
tipo THT (Through-Hole Technology), si el equipo funciona como se desea se
proseguirá a la construcción de las tarjetas PCB de montaje superficial, pero eso no
es el enfoque de esta tesis. Otra delimitación es que por lo pronto el
funcionamiento estará alimentado con fuentes de alimentación cuando en realidad
el sistema debería ser alimentado con baterías. Por otra parte el sistema debería
funcionar por lo menos 72 horas, en este trabajo se tiene solo considerado probar el
funcionamiento del mismo por 24 horas solamente.
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Justificación:
Es de conocimiento entre los investigadores de neurociencias que mientras los
animales en estudio puedan ser estudiados en un ambiente lo más cercano su
hábitat natural más fidedignos serán los resultados de estudios en los cuales se
realicen pruebas con fármacos en estudio, lo cual lleva a mejorar medicinas que
ayuden a la recuperación de enfermedades neuronales en los seres humanos.
Impacto social, tecnológico, económico y ambiental:
Social:
El uso del sistema telemétrico inalámbrico ayudaría al mejorar los estudios de
fármacos que ayudaría a mejorar la medicina que se utiliza para combatir
enfermedades neuronales comunes.
Tecnológico:
Se realizaría una innovación tecnológica en cuanto a dispositivos utilizados en
sistemas similares previos, así como también el uso de nuevos dispositivos
reduciría la unidad adosada a la espalda de la rata en medidas y este espacio
puede utilizarse para colocar más dispositivos que cumplan otras funciones.
Económico:
Al reducir dispositivos se ahorra dinero en cuanto al gasto de estos en el sistema
final. Los resultados presentaran una mayor confiabilidad lo cual ocasionara un
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menor número de pruebas para realizar reduciendo el gasto económico de cada
prueba.
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Cronograma de actividades:
Tiempo
requerido (en
Actividades a realizar
semanas)
2 semanas
-
Búsqueda de documentos que proporcionen información
sobre proyectos anteriores para su análisis.
-
Determinar y cuáles son los componentes y/o dispositivos
a utilizar y realizar el pedido delos dispositivos
4 semanas
-
Diseñar el PCB para la unidad que realizara la transmisión
de datos de la unidad adosada a la espalda de la rata.
-
Programación del microcontrolador que simule las 6
señales a transmitir.
-
Realizar las pruebas necesarias en cuanto a distancia,
velocidad y confiabilidad.
3 a 4 semanas
-
Diseñar el PCB de prototipo para el control de los
micromotores.
-
Programación del microcontrolador que se encargara del
reacomodo de los micromotores.
-
Realizar las pruebas necesarias en cuanto a la fidelidad de
los datos recibidos y el movimiento de los motores.
2 semanas
-
Realizar ajustes o calibración necesaria para cada módulo o
unidad desarrollada.
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CAPÍTULO I:
ASPECTOS
TEÓRICOS
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CAPÍTULO I
ASPECTOS TEÓRICOS
1.1 Neurociencia
El preguntarse por el origen de las sensaciones, la capacidad de moverse, de
hablar, reír o llorar es una cuestión que el ser humano tiene por nacimiento. La
relación de estos fenómenos con el sistema nervioso ha sufrido muchos cambios
históricos hasta el surgimiento de una disciplina enfocada al esclarecimiento de la
estructura y función del sistema nervioso: la Neurociencia. Hoy estamos en plena
revolución de este campo del saber, pues la Neurociencia moderna es el resultado
de la unión de varias disciplinas científicas: la Anatomía, la Embriología, la
Fisiología, la Bioquímica, la Farmacología, la Psicología y la Neurología. Otras
disciplinas científicas más modernas, incluyendo las ciencias de la Computación o
la Bioingeniería se han sumado al reto de comprender el sistema nervioso y las
conductas que de él surgen. La característica interdisciplinaria es singular y propia
de la Neurociencia entre otras ciencias y está en la base de su extraordinaria
importancia y atractivo. [1]
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1.2 Neurociencias y calidad de vida
En la actualidad existen distintos métodos y técnicas para el análisis, diagnóstico y
tratamiento de distintas enfermedades que afectan gravemente al ser humano,
enfermedades que han sido una gran problemática y un tema de investigación
para los médicos, biólogos y científicos que día a día buscan dar solución a
enfermedades de tal magnitud.
Para buscar la solución a estas enfermedades se realizan pruebas con distintos
fármacos en diferentes cantidades y con distintas composiciones químicas para
poder generar la medicina que pueda combatir dichas enfermedades. Sin embargo,
siempre ha existido la dificultad de evaluar o predecir los resultados de dichas
pruebas o tratamientos en los seres humanos, así como ciertas reacciones o efectos
secundarios que puedan presentarse debido al fármaco en estudio.
Uno de los sistemas del cuerpo humano en el cual se realizan este tipo de pruebas
es el nervioso el cual está constituido por el tejido nervioso del organismo
conformado por las neuronas y los elementos de soporte asociados. Desde un
punto de vista estructural o anatómico, el sistema nervioso se divide en dos;
el Sistema Nervioso Central (SNC) y el Sistema Nervioso Periférico (SNP). El SNC
está formado por el cerebro y la medula espinal, mientras que el SNP comprende
los nervios, ganglios y receptores especializados.
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1.3 Neurona
Son las células funcionales del tejido nervioso. Ellas se interconectan formando
redes de comunicación que transmiten señales por zonas definidas del
sistema nervioso. Las funciones complejas del sistema nervioso son
consecuencia de la interacción entre redes de neuronas, y no el resultado de
las características específicas de cada neurona individual.
La forma y estructura de cada neurona se relaciona con su función específica, la
que puede ser:

Recibir señales desde receptores sensoriales

Conducir estas señales como impulsos nerviosos, que consisten en cambios
en la polaridad eléctrica a nivel de su membrana celular

Transmitir las señales a otras neuronas o a células efectoras
En cada neurona existen cuatro zonas diferentes:

El pericarion que es la zona de la célula donde se ubica el núcleo (Figura.
1a), y desde el cuál nacen dos tipos de prolongaciones (Figura. 1b).
Figura 1.1 (a: izquierda, b: derecha) Pericarion, núcleo de la célula
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
Las dendritas que son numerosas y aumentan el área de superficie celular
disponible para recibir información desde los terminales axónicos de otras
neuronas (Figura 1.2).
Figura 1.2. Fotografía de dentritas

El axón que nace único y conduce el impulso nervioso de esa neurona hacia
otras
células
(Figura
1.3)
ramificándose
en
su
porción
terminal
(telodendrón).
Figura 1.3. Fotografía de axón

Uniones celulares especializadas llamadas sinapsis, ubicadas en sitios de
vecindad estrecha entre los botones terminales de las ramificaciones del
axón y la superficie de otras neuronas. [7]
La sinapsis es una unión intercelular especializada entre neuronas. En estos
contactos se lleva a cabo la transmisión del impulso nervioso. Éste se inicia con una
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descarga química que origina una corriente eléctrica en la membrana de la célula
pre sináptica (célula emisora); una vez que este impulso nervioso alcanza el
extremo
del
axón,
la
propia
neurona
segrega
un
tipo
de
proteínas
(neurotransmisores) que se depositan en el espacio sináptico, espacio intermedio
entre esta neurona transmisora y la neurona postsináptica (receptora). Estos
neurotransmisores (noradrenalina y acetilcolina) son los encargados de excitar o
inhibir la acción de la otra neurona.
Figura 1.4. Partes de la Sinopsis Neuronal
1.4 Las señales nerviosas
Dentro de la investigación biomédica, las neurociencias se ocupan del estudio del
sistema nervioso, tratando de comprender mejor los fenómenos que rigen el
funcionamiento del mismo. El sistema nervioso central en un humano posee alrededor
de 100,000 millones de neuronas (William F Ganong, Fisiología Médica) y 10 a 50 veces
este número en las llamadas células gliales (células que tienen función se soporte, pero
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que también participan activamente en el procesamiento de la información nerviosa).
Las neuronas del sistema nervioso central en los mamíferos tienen distintas formas y
tamaños, así como también varían en su ubicación y función, pero casi todas ellas
tienen las partes de una neurona espinal típica.
Figura 1.5. Neurona típica
Usualmente los estímulos a los cuales la neurona responde llegan a las dendritas, y
son procesados en el soma y el resultado de este procesamiento es entregado en forma
de un impulso eléctrico (potencial de acción) en el axón, el cual por lo común se
conecta a las dendritas o somas de otras células nerviosas, permitiendo así que la
información viaje entre las distintas células. En las terminales del axón se encuentran
unas estructuras conocidas como botones pre sinápticos, las cuales se encuentran a
poca distancia de los botones de la neurona con la cual hacen conexión (botones pos
sinápticos), por lo que no excite en estos casos una conexión física entre el axón y las
dendritas o somas con lo cuales interactúa. Este espacio entre el botón presinático y el
botón pos sináptico se conoce como espacio intersináptico y a esta “unión” se le
conoce como sinapsis. En estas estructuras el impulso nervioso provoca la liberación
de distintos tipos de proteínas (neurotransmisores) los cuales permiten el paso de la
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información y estos neurotransmisores también juegan un papel importante en el
control, modulación y flujo de la misma. El potencial de acción es un evento eléctrico
rápido que se mide en el orden de los ms, y con amplitudes en el orden de los mV.
Si se desea medir el potencial de acción que ocurre en una fibra nerviosa (axón), es
necesario ubicar un par de electrodos cerca del mismo. Si un electrodo se coloca en la
superficie del axón y el otro en el interior del mismo y si no hay presente un potencial
de acción es posible medir una diferencia de potencial de alrededor de -70mV, el
llamado potencial de reposo. Por el contrario si ambos electrodos se ubican en la
superficie del axón la diferencia de potencial medida cuando no hay potencial de
acción es de 0 mV. Si se aplica un estímulo a esta fibra nerviosa es posible hacer que
esta genere el mencionado potencial de acción.
Figura 1.6. Potencia de acción de una neurona
Para que este evento ocurra es necesario que la membrana se despolarice unos 15mV,
esto es que alcance el llamado umbral de disparo. Al alcanzarse este valor las
proteínas especiales conocidas como los canales de Na+ (John R. Cameron, James G.
Skofronick. Medical Physics) inician un proceso de transportar Na+ al interior de la
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membrana del axón por lo que el potencial se dirige hacia un valor positivo (fase
ascendente en la figura 1.6) que se acerca al valor del potencial de reposo del sodio que
en los mamíferos es de +60mV. Sin Menardo este potencial no se alcanza por un lado
porque la apertura de los canales de sodio es de corta duración, y por el otro por que
los canales de K+ se abren y este Ion empieza a salir del interior del axón lo cual hace
que su concentración disminuya y aumente en el exterior de la membrana, esto
produce la fase descendente ilustrada en la figura 1.6 la cual se dirige hacia el
potencial de reposo del K+ que en los mamíferos es de -90mV. La mayor duración en
tiempo de la apertura y cierre de los canales de potasio explica la presencia del
sobretiro negativo (hiperpolarización) al final de la fase descendente. La anterior
descripción se basa como se mencionó al principio en la ubicación de uno de los
electrodos en el interior del axón y el otro en el exterior, sin embargo también es
posible colocar ambos electrodos en el exterior y entonces el fenómeno descrito del
potencial de acción se observa como un evento con una desviación positiva, un
intervalo isoeléctrico y finalmente una desviación negativa, a esta secuencia se le
conoce como potencial de acción bifásico (Figura 1.7).
Figura 1.7. Ilustración de un potencial bifásico.
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Como puede observarse dependiendo de la ubicación física de los electrodos
podemos obtener registros intracelulares o extracelulares.
1.5 Medición de señales bioléctricas
Existen varias técnicas de medición que se utilizan para medir las señales bioeléctricas.
Estas técnicas van desde la amplificación de tensión simple (registro extracelular)
hasta sofisticados control de lazo cerrado con retroalimentación negativa (voltaje de
sujeción). Los mayores desafíos que enfrentan los diseñadores de instrumentos de
registro son para minimizar el ruido y maximizar la velocidad de respuesta. Estas
tareas se dificultan debido a las resistencias de electrodos de alta y la presencia de
capacidades parásitas. Hoy en día, la mayoría de equipos electro deporte un grupo
de complejos controles para compensar electrodo y la capacidad de preparación y
resistencia, para eliminar las compensaciones, para inyectar corrientes de control y
modificar las características del circuito a fin de producir bajo nivel de ruido, las
grabaciones de forma rápida y precisa. [8]
1.6 Electrofisiología
Electrofisiología es el estudio de las propiedades eléctricas de células y tejidos
biológicos. Incluye medidas de cambio de voltaje o corriente eléctrica en una
variedad amplia de escalas, desde el simple canal iónico de proteínas hasta
órganos completos como el corazón. En neurociencias, se incluyen las medidas de
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la actividad eléctrica de neuronas, y particularmente actividad de potencial de
acción. Registros a gran escala de señales eléctricas del sistema nervioso como
Electroencefalografía,
también
se
pueden
clasificar
como
registros
electrofisiológicos. [6]
1.7 Electrofisiología de una neurona
1.7.1 Potencial Eléctrico
Una célula deriva de sus propiedades eléctricas en su mayoría por las propiedades
eléctricas de la membrana. Una membrana, a su vez, adquiere sus propiedades de
sus lípidos y proteínas, como los canales iónicos y transportadores. Una diferencia
de potencial eléctrico existe entre el interior y exterior de las células. Un objeto
cargado (ion) gana o pierde la energía que se mueve entre los lugares de potencial
eléctrico diferente, como un objeto con masa se mueve "hacia arriba" o "abajo",
entre los puntos de potencial gravitatorio diferente. Diferencias de potencial
eléctrico se suele designar como V o DV y se mide en voltios, la tensión por lo
tanto, el potencial también se denomina. La diferencia de potencial a través de un
celular se relaciona el potencial del interior de la célula a la de la solución externa,
que, de acuerdo con la convención comúnmente aceptada, es cero.
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1.7.2 Diferencia de Potencial
La diferencia de potencial entre dos puntos que están separados por un aislante
son más grandes que las diferencias entre estos dos puntos separados por un
conductor. De este modo, la membrana lipídica, que es un buen aislante, tiene una
diferencia de potencial eléctrico a través de ella. Esta diferencia de potencial
("potencial de membrana") asciende a menos de 0,1 V, normalmente de 30 a 90 mV
en la mayoría de las células animales, pero puede ser tanto como 150 a 200 mV en
células vegetales. Por otro lado, las soluciones de sal rica en el citoplasma y la
sangre son conductores bastante buena, y por lo general hay diferencias muy
pequeñas en el estado estacionario (rara vez más de unos pocos milivoltios) entre
dos puntos dentro del citoplasma de una célula o dentro de la matriz extracelular
solución.
1.8 Los animales en la investigación científica
Los investigadores científicos utilizan la experimentación animal en biomedicina y
veterinaria con el fin de mejorar la salud humana y el bienestar de los animales.
Sostienen que se ha podido desarrollar una medicina avanzada (como antibióticos
o vacunas) gracias a la experimentación animal y que ésta sigue siendo un factor
clave en la investigación y tratamiento de las enfermedades coronarias, el cáncer o
el SIDA. La legislación vigente regula el uso de animales de laboratorio en la
industria científica y en la educación, así como el tratamiento, el mantenimiento y
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la crianza de animales y la utilización de otras alternativas para la
experimentación. [2]
1.9 Modelos Animales
Un modelo animal es un animal o una preparación basada en él que se usa en
investigación y que simula algún proceso parecido. [3]
Los animales de laboratorio cumplen con una serie de características genéticas y
sobre todo orgánicas de paralelismo.es decir que la forma de las células, tejidos,
órganos etc., son similares a las de las personas.
Los ratones de laboratorio no son los únicos animales que se utilizan en los
experimentos (también los hacen con cerdos, simios, etc.).
Por ejemplo para determinar la reacción de un medicamento relacionado con la
diabetes se utilizan ratones porque su mecanismo para asimilar los azucares es
extraordinariamente parecido al de los humanos y sobre todo porque el ratón tiene
un ciclo de vida muchísimo más rápido que otros animales (incluyendo el hombre)
y por lo tanto se requiere menos tiempo para analizar una serie de evoluciones y
reacciones.
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En el caso de las células madres los resultados de los experimentos con ratones han
sido muy útiles porque orientan cómo reaccionarían los humanos, pero por la
composición genética aun no son totalmente útiles para sustituirlos. [4]
El ratón de laboratorio es un roedor, usualmente de la especie Mus musculus, que
se utiliza para la investigación científica. Su cariotipo está compuesto por
40 cromosomas y suelen ser albinos.
Para cada experimento se escogen ratones de laboratorio que pertenezcan a una
misma cepa pura o endogámica. Los individuos de una misma cepa llevan los
mismos genes, por lo cual se facilita la comparación de los efectos de los diferentes
tratamientos experimentales (fármacos, entorno físico, etc.), sin que se produzca
confusión debido a las diferencias genéticas. La cepa más utilizada ha sido la
BALB/c
(ratón
albino),
aunque
existen
otras
disponibles
(ej.C57BL/6),
especialmente desde el desarrollo de técnicas de manipulación de genes que han
provisto una gran cantidad de cepas con modificaciones genéticas particulares.
Algunas investigaciones particulares pueden requerir de una especie de ratón
diferente a Mus musculus. Por ejemplo, en 2004, investigadores de la Universidad
de Emory utilizaron ratones de las praderas (Microtus ochrogaster) y ratones de
los pantanos (Microtus pennsylvanicus) para estudiar un gen relacionado con el
comportamiento monógamo.
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Las características que han hecho del ratón de laboratorio el modelo biológico y
biomédico más utilizado en las investigaciones científicas son:
1. Su fácil manejo.
2. Su tamaño apropiado para la crianza y manipulación.
3. No requieren demasiados cuidados.
4. Tienen un sistema inmune similar al de los seres humanos.
5. Tienen un alto número de crías.
6. Poseen un breve período de gestación (19-21 días), y su destete es rápido.
7. Las hembras producen un gran número de óvulos, los cuales al ser
fecundados son muy resistentes.
8. Al ser mamíferos euterios, poseen un genoma muy similar al de los seres
humanos.
En la actualidad se utilizan ratones que se han manipulado genéticamente. Los
modelos de ratón transgénico y knock-out son particularmente útiles para estudiar
problemas biológicos complejos, ya que se puede analizar la acción de un gen o
una proteína en particular. [5]
Especie
Humano adulto
Humano recién
nacido
Ratón adulto
Rata adulta
Conejo adulto
27
Peso (g)
1,300 - 1,400
350 - 400
0.4
2
10-13
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Tabla 1.- Comparativa “Características cerebrales humano, rata y ratón” [3]
Especie
Característica
Valor
Humano
Área corteza cerebral
2500 cm2
Rata
Área corteza cerebral
6 cm2
Humano
Rango audible
20 a 20,000 Hz
Rata
Rango audible
1000 a 50,000 Hz
Ratón
Rango audible
1000 a 100,000 Hz
Tabla 2 comparativa “Características cerebrales humano, rata y ratón” [3]
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CAPÍTULO II:
ANTECEDENTES
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CAPÍTULO II
2.1 ANTECEDENTES
Para el presente este trabajo se cuenta con una gran cantidad de antecedentes que
lo preceden y demuestran la razón y justificación de su desarrollo. En trabajos
anteriores se ha demostrado que el uso de sistemas telemétricos inalámbricos
exhibe una gran eficiencia para el registro de la actividad eléctrica extracelular
mediante de conjuntos de microelectrodos reposicionables mecánicamente,
implantados quirúrgicamente en el cerebro de la rata, los cuales son ubicados en el
núcleo cerebral de interés por dispositivos de avance micrométrico controlados
manualmente.
En todos estos trabajos se resalta la importancia de poder medir varias unidades
(neuronas) simultáneamente con el fin de poder correlacionar de manera más
completa la actividad eléctrica detectada con las respuestas a los estímulos
empleados durante el proceso experimental. Sin embargo, los dispositivos
reportados poseen varios inconvenientes que limitan la posibilidad de realizar un
mapeo de las distintas capas de neuronas presentes en la región cerebral en
estudio, sin manipular ni alterar el comportamiento de los animales, lo cual nos
lleva a cuestionar los resultados.
En la mayor parte de los estudios (Ainsworth, et al., 1977; Kubie, 1984; Jaeger, et
al., 1990; Szabó, et al., 2001), los sistemas desarrollados se han basado en el uso de
dispositivos capaces de detectar la actividad de varias unidades neuronales de
manera simultánea, así como en reubicar manualmente el arreglo de
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microelectrodos en caso de pérdida de la señal. El inconveniente principal es que la
información es transmitida de manera alámbrica (Mountcastle, et al., 1991), lo cual
impone ciertas restricciones al movimiento del animal en experimentación. Es por
ello que algunos autores han enfocado sus esfuerzos al diseño de sistemas para la
captura y transmisión inalámbrica de las señales eléctricas (Eichenbaum, et al.,
1977; Fisher, et al., 1995). Así, Eichenbaum et al., reportaron un método donde la
información de la actividad eléctrica detectada en ratas y conejos es transmitida de
manera inalámbrica. Un dispositivo similar fue diseñado por Fisher et al, con el fin
de monitorear la actividad eléctrica muscular de dos electrodos implantados en
langostas en vuelo. En ambos casos, el envío de la señal de manera inalámbrica
presentaba ciertas restricciones, ya que en el mejor de los casos sólo se pudo
solucionar multiplexando en el tiempo la información de dos electrodos. Aunque
Kubie et al., mencionan el uso de un sistema comercial de telemetría por
modulación en frecuencia (FM) para la transmisión de la información, aclaran que
no dedicaron mucho tiempo a ello y se orientaron más hacia el aspecto de la
movilidad del arreglo de electrodos. Cabe destacar que en todos los trabajos
citados el cambio de posición de los arreglos de microelectrodos sólo podía
efectuarse manualmente, lo cual generaba alteraciones conductuales en el animal,
ya sea por la propia manipulación o por la administración de sedantes o
anestésicos que alteran la actividad eléctrica de grupos neuronales, tal como ha
sido reportado en otros estudios (Kelland, et al., 1991; West, 1998). Tomoya
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Yamamoto, et al, 1984, reportan en ese entonces un sistema telemétrico implantable
en monos hecho con componentes discretos, el cual podía enviar los potenciales
detectados por cuatro microelectrodos seleccionables mediante un interruptor
mecánico. El medio de transmisión es por medio de señales FM y estas se recibían
en un receptor comercial. P. Grohrock, U. Hdusler, U Jiirgens, 1997; reportan un
sistema telemétrico para monitorear actividad neuronal y sonidos en monos con
un microdrive, el cual permite la reubicación de los microelectrodos para localizar
nuevas unidades, sin embargo el ajuste se hace de manera manual, y la
transmisión de la información detectada, tanto de la neuronas como de los
aullidos, se transmite por medio de modulación en frecuencia (FM), para ello se
emplean receptores comerciales de muy alta calidad y modificados, ubicados
dentro de la caja Faraday donde se encuentra ubicado el animal en
experimentación. Las señales entregadas por los receptores recibidas son grabadas
en cintas de video. En un trabajo más reciente Michale S. et al, 2001; reportan un
sistema de registro donde pueden mover de manera independiente 3
microelectrodos a distancia por medio de micromotores, sin embargo el control de
los motores, así como la captación de los datos se hace de manera alámbrica.
Yanlin Lei et al, 2004; reportan un sistema telemétrico con un microdrive ajustable
manualmente para registrar actividad neuronal en la corteza de monos e imágenes
por medio de una cámara sujeta al cabeza. Si bien la transmisión de las imágenes
es inalámbrica, los potenciales detectados se envían de manera alámbrica y el
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ajuste del microdrive para ubicar nuevas células es manual. Jorge G. Cham, et al.,
2005 reportan un sistema de microdrive implantable en la corteza cerebral de
monos
el
cual
utiliza
actuadores
piezo
eléctricos
para
mover
cuatro
microelectrodos y continuamente monitorear por medio de un algoritmo la
actividad eléctrica detectada y reubicar de manera autónoma los microelectrodos
para mantener el registro de la actividad. Nuevamente como en el caso anterior el
sistema es alámbrico. Horgan Jhon, en octubre de 2005 comenta sobre el trabajo de
Joel Burdick en Caltech sobre implantes de microelectrodos movidos de manera
individual por micromotores y los ensayos que de ellos realizó Richard Anderson
en monos, estos implantes constan de cuatro electrodos, y actualmente este grupo
trabaja en el desarrollo de implantes de hasta 100 electrodos. Nuevamente la
transmisión de la información detectada y el control de la reubicación de los
electrodos es alámbrica. Otros trabajos recientes como Diederik S. Schregardus, et
al, 2006; reportan un sistema de muy bajo peso que transmite los potenciales
detectados por un electrodo por medio de señales FM hacia un receptor y un
demodulador comercialmente obtenibles. La señal recibida es posteriormente
demodulada. Este paso de demodulación es necesario para recuperar la actividad
neuronal de detectada de manera completa, debido a que el sistema receptor tiene
un ancho de banda optimizado para aplicaciones de voz, unos 4 KHz, lo cual no
resulta suficiente para los potenciales de acción.
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Chia-Nan Chien, et al, 2005, reportan un sistema muy sencillo de muy bajo peso
para monitorear actividad neuronal en un electrodo implantado en ratas de muy
bajo costo que transmite los potenciales por medio de FM, las señales las reciben en
un receptor de diseño propio para evitar problemas como los señalados por
Diederick et al. Andreas Nieder, en el 2000, reporta un sistema telemétrico para
transmitir de manera simultánea la información neuronal captada por dos
microelectrodos implantados en el cráneo de búhos de granero. Para ello hace uso
de la tecnología comercial desarrollada para la transmisión de señales de FM
estereofónicas. El transmisor consiste en un “chip” comercial capaz de generar el
proceso de transmisión FM comercial y el cual es modulado en sus entradas de
audio por las señales provenientes de dos preamplificadores que reciben las
señales de los potenciales neuronales. El receptor empleado fue una unidad
comercial de altas prestaciones con una antena cerca del ave. Las señales
entregadas por el receptor son digitalizadas y procesadas dentro de una PC.
Pedram Mohseni, et al, 2005, reportan un sistema telemétrico capaz de transmitir la
información
de
actividad
neuronal
en
monos,
proveniente
de
cuatro
microelectrodos de manera casi simultánea, para multiplexar en el tiempo dichas
señales junto con un nivel de corriente directa (DC) que sirve como marcador del
inicio de la transmisión de un bloque de datos. La transmisión es en FM, y utilizan
un circuito transmisor de diseño propio. Shoji Takeuchi e Isao Shimoyama en 2004,
reportan un sistema muy ligero para transmitir potenciales de acción, implantable
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en cucarachas. El sistema transmite en FM y su señal es recibida por un receptor
comercial de altas prestaciones.
Chung-Chiun Liu et al (2006), desarrollaron un sistema telemétrico inalámbrico
multicanal de 4 canales, con un canal de calibración, para monitorear EEG y EMG
(electroencefalografía y electromiografía) en animales pequeños, específicamente
este sistema fue utilizado para estudiar trastornos del sueño, utilizando ratones
como animales modelo. Este diseño demuestra la viabilidad de la grabación de
biopotenciales múltiples usando el sistema de telemetría en miniatura de animales
pequeños en libre movimiento.
El sistema implantable de 96 canales (Michael Rizk, 2009) para adquisición de
datos neuronales, consiste en componentes implantados y componentes externos.
Es capaz de transmitir 1 Mb/s en un radio de 2m y requiere 150 mW de potencia
para el transmisor y 300 mW adicionales para cada uno de los circuitos de 32
canales analógicos. Los componentes implantados son tres módulos de
digitalización y un módulo central de comunicación, los componentes externos son
sistemas
de
transferencia
transcutánea
y
un
módulo
inalámbrico
de
comunicaciones; sin embargo, una vez implantados los electrodos, no tiene ningún
dispositivo capaz de cambiarlos de posición. Este sistema se diseñó para pruebas
de varias horas no para días, semanas o meses y, se ha implantado en ovejas.
Henrique Miranda et al, 2010, presentan un prototipo (tercera generación del
sistema Hermes versión D, versión C, Cynthia et al 2009) de transmisión
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inalámbrica de 32 canales para ayudar en investigaciones de sistemas de prótesis
neuronales para discapacidades motoras. El prototipo Hermes D es utilizado en
primates en libre movimiento y muestrea a una velocidad de 30 k muestras/s con
una resolución por muestra de 12 bits. El consumo de potencia es tal que permite
operar al dispositivo durante un día y produce 250 GB de datos por día
continuamente generados. La principal aportación es mover la ejecución de los
algoritmos de computación para procesar las señales neurológicas fuera del
transmisor y realizarlas dentro del procesador de recepción.
El sistema de grabación neuronal multi-electrodo para chimpancés tití (pequeños
primates de alrededor de 400g), presentado por Steven J. Eliades and Xiaoqin
Wang, 2008, tiene como objetivo estudiar la vocalización de estos monos en libre
movimiento dentro de una jaula en
compañía de otros primates, en vez de
tenerlos en un laboratorio que pueda afectar sus comportamientos naturales. Para
este estudio utilizaron un arreglo multielectrodo de 16 canales (Warp16 Neuralynx
Inc., Bozeman, MT), implantado en la corteza cerebral de los titis, los electrodos se
reposicionan manualmente mediante un sistema mecánico los cuales sólo se
pueden mover en una dirección y sentido, no se pueden retraer.
Xuesong Ye et al 2008, proponen un sistema telemétrico portátil de estimulación
cerebral y monitoreo de actividad neuronal en animales pequeños en libre
movimiento. Este sistema consta de tres componentes principales una etapa en la
cabeza, una mochila y un asistente personal digital. La etapa en la cabeza consta de
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amplificadores de instrumentación de alta precisión con alta impedancia de
entrada, la mochila contiene una tarjeta madre con estimuladores de voltaje y
corriente, un sistema para registrar la actividad neuronal, y un transmisor-receptor
con Bluetooth con una velocidad de transmisión de 70 Kb/s, adecuada para la
descarga de los comandos de estimulación y envío de los datos de registro. Los
animales empleados fueron ratas y los datos tenían una resolución de 12 bits.
Christoph Zrenner et al, 2010, presentan un sistema de análisis de tramas de datos
de señales neuronales multicanal telemétrico retroalimentado, que inyecta un
estímulo al cerebro de ratas recién nacidas y por medio de Simulink (MATLAB) se
analiza y se procesa la respuesta del mismo. Se comenta la posibilidad de que por
medio de este proceso de inyección de estímulos, pueden moverse prótesis. Esto se
hace por medio de multielectrodos de 60 canales, que pueden conseguirse de
manera comercial.
R.R. Harrison et al, 2010, plantean el diseño de un sistema miniatura de telemetría
para capturar y enviar señales neuronales de un insecto en libre movimiento, hacia
un receptor inalámbrico digital. Este sistema está basado en un circuito integrado
propio que amplifica y digitaliza las señales. Con dos baterías pequeñas, tiene un
funcionamiento de cuatro horas. Puede hacer registros de libélulas volando.
Cabe destacar que en todos los trabajos citados, el cambio de posición de los
arreglos de microelectrodos sólo podía efectuarse manualmente, introduciendo en
el animal alteraciones conductuales, ya sea por la propia manipulación o por la
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administración de sedantes o anestésicos, que alteran la actividad eléctrica de
grupos neuronales, tal como ha sido reportado en otros estudios (Kelland, et al.,
1991; West, 1998). Además, al procesar gran número de canales de alta calidad, los
recursos de hardware suelen ser demasiado escasos dentro de un presupuesto
razonablemente bajo.
En el trabajo de Tobi A Szutz et al.
[12]
se presenta un sistema telemétrico
inalámbrico multicanal capaz de registrar señales neuronales de ratas. Su
dispositivo puede tomar hasta 64 señales eléctricas desde electrodos implantados,
tomando muestras a una frecuencia de 20 kHz, multiplexándolas en el tiempo,
transmitiendo una señal a la vez a través de dispositivos de radiofrecuencia hasta a
una distancia de 60 m. Sin embargo, este sistema tiene la desventaja de que posee
dimensiones relativamente grandes, ya que el headstage tiene un tamaño
considerable, lo cual podría causar una mayor incomodidad a la rata, reduciendo
su libertad de movimiento. Además, el sistema recibe las señales, las amplifica y
posteriormente las envía a un circuito receptor donde se procesará la información.
El sistema implantado en la rata no cuenta con un circuito de digitalización. [13]
En el sistema telemétrico propuesto por el Dr. Francisco José Heredia López en su
tesis “Un sistema telemétrico para la captura de potenciales de acción
extracelulares, reposicionamiento de los microelectrodos y captura de la actividad
motora en ratas” se presenta un sistema de análisis de señales neuronales
adquiridas mediante el uso de microelectrodos reposicionables, circuitos de
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amplificación y filtrado, circuitos de digitalización, transmisión inalámbrica a un
circuito transceptor conectado a una computadora a través de la cual puede
establecerse comunicación para el registro de la información y realizar
modificaciones en los parámetros de los circuitos de adquisición previamente
mencionados; sin embargo, tenía la restricción de registrar únicamente las
actividades eléctricas de 4 grupos neuronales distintos. Debido a que estudios
anteriores acerca del registro de estas señales resaltan la importancia de poder
medir varias neuronas de manera simultánea, surge la necesidad de diseñar un
nuevo sistema capaz de registrar hasta un total de 6 grupos neuronales distintos,
pudiendo así, monitorear ambos lóbulos cerebrales y correlacionar de manera más
completa la actividad eléctrica detectada con las respuestas a los estímulos
empleados durante el proceso experimental.
Para lograr esto, se requiere diseñar un sistema capaz de transmitir una mayor
cantidad de canales, multiplexando en el tiempo internamente las seis entradas
analógicas del microcontrolador y mover los conjuntos de microelectrodos de
manera individual, así como el uso de dispositivos de radiofrecuencia con un
mayor ancho de banda para la transmisión inalámbrica.
2.2 TRABAJOS RECIENTES
Se ha desarrollado sistemas de telemetría en miniatura que capturan señales
neuronales, EMG, y de aceleración de insectos que se mueven libremente u otro
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animal pequeño y transmitir los datos de forma inalámbrica a un receptor digital a
distancia. Los sistemas son basados en los tradicionales circuitos integrados de baja
potencia que amplifican, filtran y digitalizan cuatro señales biopotenciales usando
circuitos de bajo ruido. Uno de los circuitos también digitaliza tres señales de
aceleración desde un sistema de acelerómetro-electromecánico sin chip. Toda la
información se transmite a través de un enlace de telemetría inalámbrica ~900MHz.La primera unidad, usando un chip fabricado en un proceso de 0,6 micras
BiCMOS, que pesa 0,79 gramos el cual tiene una duración de dos horas con dos
pilas pequeñas. Se ha usado este sistema para monitorear las señales neuronales y
de EMG en langostas brincando y volando, así como también los potenciales
transdérmicos en los peces eléctricos de nado débil. La segunda unidad, usando un
chip fabricado en un proceso CMOS complementario de semiconductor metaloxido de .35μm, este pesa 0,17 gramos y tiene una duración de cinco horas con una
sola batería de 1.5V. Este sistema ha sido usado para monitorear libélulas. [14]
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CAPÍTULO III:
DESARROLLO
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3. 1. Definición del problema a resolver:
El sistema digital telemétrico que se presenta en este trabajo cuenta con varias
partes de trabajo, las cuales se encuentran comunicadas entre sí unas con otras
para transferir las señales que se capturan desde el cerebro del animal en
experimento, hasta el lugar donde las señales son analizadas en una PC. Debido a
que la captura de las señales en el cerebro de la rata es constante, esta debe contar
con sensores o electrodos que sean implantados quirúrgicamente en el lóbulo
cerebral, es por esto que para este sistema la rata cuenta con una unidad
electrónica adosada a su cuerpo todo el tiempo del experimento. Esto genera que la
distancia necesaria entre la PC donde las señales son analizadas o monitoreadas
gráficamente, conocida como la estación base de trabajo, y la unidad electrónica de
la rata sea de tres metros. Es por esto que la comunicación entre la estación base de
trabajo y la unidad electrónica que se encuentra adosada en el cuerpo del animal
en estudio, es una de las piezas fundamentales del sistema. La comunicación es
importante, ya que la captura de los potenciales de acción de las neuronas de la
rata no tendría ninguna trascendencia si no es posible su visualización para un
análisis posterior. Es por esto que la comunicación de datos debe ser eficiente y
confiable, para que los datos a analizar presenten las mismas características. Un
detalle importante, que brinda una diferencia en este sistema en diseño, es que la
comunicación entre las dos partes debe ser de tipo inalámbrica, ya que como se ha
mencionado anteriormente, se busca que el animal se sienta en un ambiente libre y
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seguro, o lo más parecido a un ambiente natural, sin las presiones o el estrés que
puede causar el uso de una comunicación alámbrica entre la estación base de
trabajo y la rata, que pueda generar datos con un bajo nivel confiabilidad por el
uso de cables que restrinjan el movimiento del animal.
Para lograr una comunicación exitosa es necesario que las señales capturadas por
los microelectrodos cumplan con especificaciones establecidas anteriormente para
que su transmisión sea de manera digital e inalámbrica. Para esto, el diseño debe
incluir la elección correcta de dispositivos con la tecnología necesaria a utilizarse
para obtener como resultado una lectura eficiente de los datos obtenidos de las
señales capturadas de las neuronas de la rata.
3.2. Determinación de las variables de entrada y salida
En este apartado cabe recalcar que este trabajo se enfoca solamente en la estación
móvil o la parte del sistema que se encuentra adosada en el cuerpo de la rata.
Este sistema cuenta con dos variables de entrada: la primera variable de entrada
son las señales que capturan los microelectrodos, estas señales son impulsos
eléctricos o potenciales de acción que se generan en el axón cuando la neurona
responde a un estímulo. El potencial de acción es un evento rápido que se mide en
el orden de los ms, y puede tener amplitudes en el orden de los mV. Debido a la
ubicación de los electrodos en el exterior del axón (registro extracelular),
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tendremos un potencial de acción con una desviación positiva, un intervalo
isoeléctrico y finalmente una desviación negativa, o podríamos decir que
tendremos un potencial de acción bifásico.
La segunda variable de entrada son los datos que transmite la PC en la estación
base de trabajo, los cuales deben ser recibidos inalámbricamente en la unidad
electrónica adosada a la rata. Estos datos contienen información necesaria para
cambiar las condiciones de registro o mover los electrodos empleados durante un
experimento. Para que los datos sean recibidos correctamente, estos deberán
contener una cabecera que indique a la unida electrónica de rata que los datos
transmitidos son exclusivamente para esa unidad, esto se realiza como medida de
seguridad ya que se considera que este sistema esté trabajando mientras funcionan
otros sistemas del mismo tipo o parecidos y esto puede provocar que se reciban
señales incorrectas que afecten el monitoreo de las señales eléctricas.
Como variables de salida para este sistema tendremos las siguientes: la primera
variable de salida son los datos digitalizados que se enviaran de manera
inalámbrica de la unidad electrónica adosada a la espalda de la rata a la estación
base de trabajo. Estos datos digitalizados son el producto final del proceso por el
cual pasan las señales de las neuronas de la rata y son capturadas por los
microelectrodos. Los datos son transmitidos en bytes de información a través de
un transmisor inalámbrico.
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Nuestra segunda variable de salida es el movimiento de los micromotores que se
encargan del reposicionamiento de los microelectrodos. El movimiento de los
micromotores se realiza modificando los registros de controlador de los motores.
También se puede considerar en esta variable los datos que se encargaran de
modificar los registros que controlan las variables de amplificación o de filtrado de
las señales eléctricas capturadas de la neurona.
Figura 3.1. Diagrama a bloques de la determinación de las variables de entrada y salida.
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3.3 Definición del sistema por etapas.
Para tener un mejor entendimiento del desarrollo del sistema diseñado hemos
dividido el mismo en varias etapas, como se puede observar en la figura 3.2.
Figura 3.2. División por partes de la unidad electrónica de la rata.
La división más notable que se puede hacer de la unidad electrónica adosada a la
rata, es la subdivisión de dos módulos en diferentes partes del cuerpo de la rata: el
primer módulo se encuentra en la cabeza de la rata (Headstage), y el segundo
módulo se encuentra adosado en la espalda de la misma (Backstage). A
continuación se exhibe una breve explicación cada uno de los módulos

Headstage: Esta unidad montada en la cabeza de la rata contiene los
siguientes elementos:
o Un arreglo de 6 microelectrodos para la detección de los potenciales
de acción eléctricos que se extraen del registro extracelular de las
neuronas de la rata y un preamplificador para cada electrodo.
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o Un par de motores piezoeléctricos que permiten el reposicionamiento
de los electrodos de manera precisa.
o Un sistema electrónico para manejar los motores piezoeléctricos con
un conector para comunicar los módulos de Headstage y Backstage,
enviando a este ultimo las 6 señales capturadas por los electrodos.

Backstage: Esta unidad se encuentra adosada a la espalda de la rata e incluye
los siguientes elementos:
o Un circuito integrado medidor de biopotenciales (front-end) capaz de
realizar
la
amplificación,
filtrado
y
digitalización
de
los
biopotenciales obtenidos mediante el arreglo de los microelectrodos
o Un microcontrolador en modo maestro que recibe información
proveniente de la estación base de trabajo para reposicionar los
microelectrodos, o bien ordenar al segundo microcontrolador el cual
está en modo esclavo
o Un microcontrolador en modo esclavo que modifique los registros
del front-end ajustando la ganancia de los amplificadores o la
cantidad de filtrado cuando el microcontrolador maestro le indique
o Un par de módulos transceptores inalámbricos, uno que se encarga
de la
recepción de información proveniente de una PC que se
encuentra
48
en
la
estación
base
de
trabajo
y
la
envía
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microcontrolador maestro, mientras el otro transceptor transmite la
información procesada por el microcontrolador esclavo, a la misma
PC de manera inalámbrica.
Como la unidad electrónica se colocara en la cabeza y en la espalda de la rata se
tiene que tener en cuenta en todo momento que las dimensiones de los dispositivos
y el peso los mismos no debe sobrepasar el peso máximo del sistema. Esta
consideración también se debe tener en cuenta a la hora de considerar como se
alimentara eléctricamente los dispositivos. Para este sistema se ha considerado
utilizar una fuente unipolar de 3 V a través de una batería que tenga la capacidad
suficiente de suministrar la corriente necesaria para generar la potencia adecuada a
los dispositivos utilizados. Se utiliza esta batería ya que debido al voltaje bajo que
presenta es ideal para hacer funcionar todos los dispositivos, además las baterías
comerciales de 3V se encuentran en varias formas y tamaños que puedan ser
ideales para este sistema telemétrico.
Debido a que este trabajo solo presenta el diseño y construcción de los prototipos
de los módulos se utilizaran fuentes de alimentación unipolar y no la batería
mencionada anteriormente.
49
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3.4. Desarrollo de cada etapa
3.4.1. Desarrollo del módulo Headstage.
En este módulo se encuentra todo lo necesario para la adquisición de los
biopotenciales de las neuronas de la rata. En este módulo se encuentran el arreglo
de 6 microlectrodos que se implementan quirúrgicamente en el cráneo del animal
en estudio y los preamplificadores para las señales provenientes de los
microelectrodos. En este mismo implante están montados el sistema de
reposicionamiento micrométrico (microdrive).
3.4.1.1 Microelectrodos.
Ya sea que el registro por el cual se extraigan los potenciales de acción desde el
axón de la neurona sea de tipo intracelular o extracelular, el potencial de acción es
un evento eléctrico rápido que se mide en el orden de los ms, y con amplitudes en
el orden de los mV.
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Figura 3.3. Ilustración de un potencial de acción.
En el axón de la neurona cuando no hay presente un potencial de acción es posible
medir una diferencia de potencial de alrededor de -70mV, el llamado potencial de
reposo.
Cuando ocurre un estímulo en la neurona se despolariza unos 15mV, a esta
despolarización se le conoce como umbral de disparo. Al alcanzarse este valor los
canales de Na+ inician el proceso de transportar Na+ al interior de la membrana
del axón por lo que el potencial se dirige hacia un valor positivo (fase ascendente
en la figura 3.3) que se acerca al valor del potencial de reposo del sodio, como se
mencionó anterior mente en los mamíferos este potencial de reposo del sodio suele
ser de +60mV. Cuando los canales de K+ comienzan a abrirse, este Ion empieza a
51
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salir del interior del axón lo cual hace que su concentración disminuya y aumente
en el exterior de la membrana, esto produce la fase descendente ilustrada en la
figura 3.3 la cual se dirige hacia el potencial de reposo del K+ que en los mamíferos
suele ser de -90mV [15].
Prácticamente podría decirse que la señal capturada de los potenciales de acción
será una señal que varíe desde los +60 mV hasta los –90 mV con periodos muy
cortos (ms).
En la electrofisiología es común utilizar microelectrodos para capturar este tipo de
señales. Los electrodos son los encargados de convertir corriente iónica de una
solución en la corriente de electrones en cables. Como nos indica “The Axon Guide
for Electrophysiology & Biophysics Laboratory Thecnics” la mayoría de los
electrodos que se utilizan para la electrofisiología están hechos de materiales que
puedan participar en una reacción química reversible con alguno de los iones en
solución, en el caso del sistema telemétrico inalámbrico los iones en solución son
Na+ y K+ encargados de generar los potenciales de acción en el axón de la
neurona. La mayoría de las veces los electrodos suelen estar hechos de plata (Ag)
con un cable recubierto de cloruro de plata (AgCl) [8].
Debido a que la señales capturadas en la neurona tiene una amplitud en el orden
de los mV es necesario que esta señal sea amplificada para posteriormente ser
filtrada y digitalizada. Esta amplificación se realiza por el motivo de que la
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mayoría de los dispositivos electrónicos suelen trabajar con amplitudes mayores a
los mV, son muy pocos los dispositivos que pueden trabajar con amplitudes
menores y además son de alto costo monetario, lo cual genera una desventaja para
el sistema.
Debido a la necesidad de la amplificación de la señal captada por
cada
microelectrodo que se implanta en el cerebro de la rata, cuenta con un
preamplificador con medidas que figuran a este dispositivo en la escala de la
nanotecnología. Estos preamplificadores realizan la labor de amplificar las señal
capturada para que posteriormente el medidor de biopotenciales (front-end)
modifique estas señales para su envió a la estación base de trabajo.
Los microelectrodos y los preamplificadores son dispositivos que se están
fabricando en la ciudad de puebla y lamentablemente no se cuenta todavía con la
información necesaria de sus características eléctricas así como también del diseño
de estos, es por eso que se explican de manera teórica solamente.
3.4.1.2 Micromotores
Para los experimentos a realizar con el sistema telemétrico se considera que no
siempre se realizara el mismo experimento, o que los datos que de interés podrían
ser diferentes. Esto quiere decir que probablemente la neurona de interés o el tipo
de registro de captura no siempre serán el mismo. Por tal motivo se implementa un
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sistema que cubra la posibilidad de que los microelectrodos puedan ser
reposicionados ya sea dentro de la misma neurona, en el axón o en otra neurona.
Para realizar la reposición de los microelectrodos se decidió que se utilizarían unos
micromotores que deban presentar medidas pequeñas y tener gran precisión de
giro o de desplazamiento para que el movimiento de los microelectrodos sea
preciso.
Por tal motivo se decidió utilizar
los micromotres SQL-RV-1.8 SQUIGGLE
(Reduced Voltage SQUIGGLE RV Micro Motor) que nos ofrece la empresa New
Scale Technologies Inc., los cuales cuentan con las siguientes características:
 Precisión: los motores cuentan con una resolución manométrica
 Rapidez: cuentan con una velocidad variable que va desde 1µm/segundo
hasta 10 mm/segundo.
 Fuerza: cuentan con una fuerza de torsión de hasta 5 Newtons
 Diminuto: cada motor consta de dimensiones de 1.8 X 1.8 X 6 mm
 Silencioso: cuenta con un movimiento muy fluido.
El micromotor SQL-RV-1.8 SQUIGGLE es muy simple, robusto y se encuentra en
diferente escala de tamaños en comparación a los motores electromagnéticos. Estas
características los hacen ideales en aplicaciones como micro cámaras, dispositivos
médicos y en la detección de señales bioelectricas.
54
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Figura 3.4. Imagen del Micromotor SQUIGGLE de New Scale Technologies.
3.4.1.3 Controlador de los micromotores
El par de micromotores que actúan sobre el grupo de microelectrodos son
controlados por el dispositivo NSD-1202 (Dual Piezo Motor Driver ASIC for SQL
Series SQUIGGLE Motors).
Figura 3.5. Imagen del controlador NSD-1202.
El driver NSD-1202 es un controlador capaz de controlar 2 micromotores SQL
Series
55
SQUIGGLE
y
tiene
la
capacidad
de
controlar
cada
motor
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independientemente, utilizando el estándar de interfaz I2C. El NSD-1202 cuenta
con un chip convertidor de CD – CD elevador que genera el voltaje suficiente que
requieren los elementos piezoeléctricos del micromotor SQUIGGLE (24 a 40 VDC).
Cuatro controladores de medio puente crean 2 pares de desplazamiento de fase de
ondas cuadráticas con una frecuencia ultrasónica que se requiere para los motores
SQUIGGLE. Este controlador NSD-1202 funciona con un voltaje que puede ir
desde 2.8 V hasta 5.5 V (lo cual lo hace perfecto para el sistema), tiene un consumo
de corriente en operación de 1.5 mA, una corriente de salida de 25 mA y una
eficiencia del 70%.
Figura 3.6. Diagrama a bloques del funcionamiento del controlador NNSD-1202
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El driver NSD-1202 se puede conseguir de manera independiente para su
implementación en una tarjeta de circuito impreso o existe la posibilidad de
obtenerlo al comprar la tarjeta de control MC-33DB Daughter Board. Esta tarjeta es
un PCB ya diseñado por la misma compañía que los micromotores, que cuenta con
los componentes necesarios para controlar los motores piezoeléctricos usando una
interfaz I2C. Esta tarjeta MC-33DB Daughter Board y el NSD-1202 se encuentran
disponibles junto con la tarjeta MC-3300 Mother Board integradas dentro del
sistema OEM. La tarjeta MC-3300 permite la evaluación del control de motores
SQUIGGLE mediante una interfaz USB para comunicarse con una PC. Para efectos
prácticos, se consiguió la tarjeta MC-33DB Daughter Board para realizar el diseño y
las pruebas ya que nuestro trabajo se enfoca solo en el prototipo del sistema.
Figura 3.7. Imagen de la tarjeta MC-33DB Daughter Board.
Los micromotores activados se mueven mediante los comandos que establece o
envía el driver NSD-1202 por medio de un par de microcintas que tienen los
micromotores y se conectan por medio de los conectores con los que cuenta la
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tarjeta MC-33DB. Ahora bien, la tarjeta MC-33DB es un intermediario entre los
micromotores y el usuario. Para esto es necesario el uso de un microcontrolador
que se comunique con el driver NSD-1202 por medio de la interfaz I2C (El
microcontrolador que se utiliza para esto se explicara en otra sección de este
capítulo).
La interfaz I2C es utilizada para establecer los valores necesarios para cada uno de
los múltiples registros necesarios que se utilizan para el movimiento o giro
rotatorio de los motores. Estos registros tienen la función de definir el voltaje de
salida (cambiando el divisor resistivo de retroalimentación) así como también la
dirección y la duración de las señales finales de control. Una ventaja que otorga el
chip NSD-1202 es que los registros de periodo y de pulsos pueden ser ajustados
separadamente para cada motor (los demás registros son para ambos motores).
El NSD-1202 trabaja como un dispositivo esclavo en la interfaz I2C. Para tener
acceso por la interfaz I2C al dispositivo, se necesita una dirección que le indique
que será utilizado para la transmisión de datos, para esto utilizamos un byte de 8
bits, el cual cuenta con 7 bits de direccionamiento y un 8vo bit que le indicara si el
dispositivo Maestro solicita una lectura de datos o una escritura de datos
dependiendo si el bit es un 0 lógico (lectura de datos) o si es un 1 lógico (escritura
de datos). La dirección de identificación para el chip NSD-1202 es “101010X”
donde X es un bit sin interés de uso. En la interfaz I2C tenemos dos líneas de
transmisión: SDA y SCL. SDA se utiliza para él envió y la recepción exclusiva de
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datos, mientras que la línea SCL se utiliza para la sincronización de la interfaz ya
que en esta línea se envían pulsos digitales para la sincronización. Una transición
en la línea SDA de un estado lógico alto a un estado lógico bajo mientras la línea
SCL se encuentra en un estado alto, proporciona la condición de inicio para el bus
de comunicación I2C. Una transición de un estado bajo a un estado alto en la línea
SDA mientras la línea SCL está en estado alto genera la condición de parada para
la comunicación I2C.
Figura 3.8. Diagrama que ilustra las condiciones de Start y Stop en la comunicación I2C
Cada byte que se transmita por la línea SDA debe tener una longitud de 8-bits, y
cada byte que se envíe por la misma línea debe ser continuado por un bit llamado
bit de “Acknowledge” (o bit de reconocimiento). En la interfaz I2C los datos son
transmitidos de tal manera que el bit más significativo es el primer bit que se
recibe. La transmisión de datos con el bit de reconocimiento (Acknowledge) es
obligatorio, este bit de reconocimiento es generado por el dispositivo Maestro, y el
dispositivo esclavo deberá cambiar la línea de SDA de estado alto a un estado bajo
durante el pulso de reconocimiento.
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Figura 3.9. Diagrama de direccionamiento para la interfaz I2C.
En la figura anterior podemos observar que se debe enviar 3 bytes para el envío de
información. El primer byte es la dirección del dispositivo esclavo, la cual le indica
al dispositivo esclavo que se establecerá una comunicación entre el maestro y él. El
segundo byte es la dirección de registro, esta dirección es la encargada de informar
al chip NSD-1202 que variable del movimiento de los motores se modificara
(ejemplo: voltaje de salida, dirección de giro del motor, etc.). El tercer byte consta
de 8 bits que indican el valor que se le otorgara a la variable a modificar o a ajustar.
Por ejemplo si yo quisiera modificar el voltaje de salida del convertidor elevador
de DC-DC, tendría que enviar en el primer byte la dirección del esclavo la cual es
“1010 10X” más el 8vo bit con un 1 lógico, debido a que voy a escribir datos en el
dispositivo esclavo. Después enviaría la dirección de registro para modificar el
parámetro del voltaje de salida, la cual es “0000 0110”, seguidamente enviaría el
tercer byte con el valor “0001 0001” el cual le indica al chip NSD-1202 que el voltaje
de salida deberá ser de 24 V.
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En el Anexo 1 se encuentran las tablas de las direcciones de registro para los
parámetros disponibles a modificar y los valores que se requieren para el ajuste de
las variables.
El diagrama esquemático presentado en la Figura 3.11 corresponde al módulo
Headstage, diseñado para el control de posicionamiento de los microelectrodos
mediante el par de motores piezoeléctricos.
Los Headers P2 y P3 corresponden al par de conectores utilizados para
comunicarse con los motores piezoeléctricos; como se puede observar, se utilizan
un par de pines para controlar el giro en un sentido y, otro par de pines para el
giro en sentido contrario de un mismo motor, el resto de pines en dichos Headers
se utilizan como referencia (GND) para estos actuadores. El diagrama de los pines
y su explicación provienen de una tabla de conexión que se encuentra en la hoja de
datos de la MC-33DB, esta tabla se incluye dentro del Anexo 1.
Los componentes C1, C2, L1 y D1, cuyos valores fueron obtenidos de aquellos
sugeridos en la hoja de datos del NSD-1202, se utilizan en conjunto con U1 para
implementar el convertidor CD-CD tipo elevador generador de alto voltaje de
alimentación (24 – 40 V) requerido por los componentes piezoeléctricos de los
motores SQL-RV-1.8 SQUIGGLE.
U1 se alimenta mediante una fuente unipolar de 3 V y se controla utilizando sus
terminales SDA, SCL, que son utilizadas para la comunicación por interfaz I2C, las
cuales son manejadas por el microcontrolador maestro que se localiza en el
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Backstage; la frecuencia de oscilación en la terminal CLK de esta unidad proviene
del bloque U2, un oscilador digital con 20 MHz de salida, el cual es muy
importante pues el driver NSD-1202 necesita una señal de reloj digital para realizar
sus operaciones. Para este reloj digital se utiliza un reloj oscilador de cristal de la
compañía Abracon Corporation. Este oscilador tiene un amplio rango de
frecuencia, puede ser alimentado por voltajes entre los 2.8V y 3.3V, y a su salida
nos otorga una señal de reloj con pulsos digitales.
Figura 3.10. Cristal Oscilador de 20MHz
El Header P1 proporciona alimentación y control del Headstage desde el módulo
que se expone en la siguiente sección.
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Figura 3.11. Diagrama esquemático del módulo Headstage.
3.4.2. Desarrollo del módulo Backstage.
Una vez que el módulo Headstage cumpla con la función de recolección de las
señales neuronales de la rata, enviara estas señales eléctricas alámbricamente, a
través del Header P1 que se muestra en el diagrama esquemático de la figura 3.11
al módulo Backstage. Este módulo tiene la función de adecuar y procesar las
señales para que el dispositivo transceptor pueda enviarlas de manera inalámbrica
a la estación base de trabajo para su análisis. Por otra parte este mismo módulo es
el encargado de recibir las señales, provenientes de la estación base de trabajo, que
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contienen los datos de información para el reacomodo de los microelectrodos del
Headstage.
Como se mencionó anteriormente las señales capturadas por los microelectrodos
hasta este punto son prácticamente la misma señal pura que capturaron los
electrodos, solo que ahora cuentan con una ligera amplificación para que el frontend pueda registrarlas para su modificación.
Las señales desde el comienzo cuentan con una gran cantidad de ruido eléctrico
que es necesario eliminar para tener una señal limpia de fácil manejo la cual
muestre mejores resultados en el análisis que se le aplicara en la estación base de
trabajo. Además de contar con una gran cantidad de ruido las señales de eléctricas
de los biopotenciales de acción son señales analógicas, debido a que los
dispositivos que se utilizan para su transmisión a la PC de la estación base trabajan
con señales digitales, las señales deben pasar por un convertidor analógico-digital
para modificarlas y convertirlas en las señales listas para su transmisión a la
estación base.
3.4.2.1 Medidor de biopotenciales eléctricos
Antes de que las señales eléctricas sean transmitidas inalámbricamente a la
estación base, deberán ser tratadas adecuadamente. Este proceso es realizado por
tres bloques principales necesarios en este módulo: el bloque de amplificación,
bloque de conversión analógica-digital y el bloque de filtrado. Una de las ventajas
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que ofrece el sistema telemétrico digital inalámbrico que se presenta en este trabajo
en comparación con el trabajo del Dr. Francisco José Heredia López, en donde cada
bloque fue diseñado de manera independiente utilizando dispositivos diferentes
para cada uno de los bloques, es que para este trabajo se decidió que los tres
bloques principales se deberían encontrar embebidos en un mismo dispositivo
para ahorrar corriente eléctrica y disminuir el tamaño y peso de la unidad
electrónica de la rata. Para esto se seleccionó un dispositivo que cumple las
características anteriormente mencionadas. El dispositivo es el 24-Bit
Analog
Front-End para medición de biopotenciales (ADS1298).
El ADS1298 del fabricante Texas Instruments Incorporated es un dispositivo de
bajo consumo para adquisición multicanal simultanea de biopotenciales con una
elevada
resolución
(24
bits),
además
incluye
8
canales
seleccionables
independientemente para la adquisición de las señales eléctricas, cada canal posee
un amplificador de ganancia programable (PGA) y un convertidor analógicodigital ΔΣ (ADC ΔΣ) de 24 bits
[17].
La figura 3.12 presenta el diagrama a bloques
simplificado del ADS1298; para el tratamiento de las señales eléctricas sólo se
utilizarán los bloques de multiplexación, amplificación, conversión analógicadigital, filtrado y la interfaz de comunicación SPI.
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Figura 3.12. Diagrama a bloques funcional del dispositivo ADS1298.
El bloque de multiplexacion que se muestra en la figura 3.13, es el encargado de
permitir el ingreso de diferentes tipos de señales hacia el ADS1298 a través los bits
correspondientes del registro CHnSET, donde n representa el número de canales a
modificar. Debido a la aplicación que se le dará a este dispositivo, el multiplexor
únicamente permitirá el ingreso de señales eléctricas a través de su entrada
diferencial, por lo que los primeros 3 bits de los registros CH[1:6]SET tendrán el
valor “000” que corresponde a la entrada normal de electrodos por defecto. Cabe
recalcar que solo se utilizan 6 de los registros CHnSET puesto que a pesar que el
ADS1298 cuenta con 8 canales (de ahí el nombre ADS1298, 98 por que cuenta con 8
canales) solo es necesario el uso de 6 debido a que el sistema tiene establecido el
uso de solo 6 microelectrodos.
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Figura 3.13. Bloque multiplexor de entrada para cada canal del dispositivo ADS1298.
Posterior al bloque multiplexor se encuentra el bloque de amplificación. Este
bloque se implementa mediante un amplificador de ganancia programable (PGA)
dedicado para cada canal. Cada PGA posee una entrada diferencial y una salida
diferencial, el valor de su ganancia es ajustado mediante la configuración adecuada
del de los bits del registro CHnSET. Cada PGA cuenta con valores de ganancia de:
1, 2, 3, 4, 6, 8 y 12.
Posteriormente de la amplificación de las señales eléctricas estas pasan por el
bloque demodulador ADC ΔΣ, del cual se dispone uno en cada canal del ADS1298.
El bloque demodulador muestrea la señal de entrada a una razón fMOD = fCLK /8 en
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modo de bajo consumo, se utilizara el modo de bajo consumo ya que la cantidad
de muestras requeridas y la resolución de las mismas a la salida, se satisfacen con
este modo de energía, además, se optimiza la autonomía del sistema portátil.
Una vez que las señales han sido digitalizadas el filtro digital recibe la salida del
modulador. El filtro digital en cada canal consiste de un filtro pasa bajas sinc de
tercer orden con razón de diezmado variable.
Al final de la señal por todos los bloques del dispositivo ADS1298 se obtiene un
formato para los datos de salida, el cual es formato con complemento a dos con 24
bits de resolución, de los cuales solo se tomaran los 8 bits menos significativos para
procesar con el microcontrolador esclavo. El diagrama esquemático que se
presenta en la figura 3.15 muestra las conexiones necesarias para el tratamiento de
las señales eléctricas en la entrada de cada canal del ADS1298.
Anteriormente se mencionó que para el bloque de amplificación se utiliza un
amplificador de ganancia programable, este amplificador necesita una entrada
diferencial. Para esto la entrada diferencial negativa de todos los canales se conecta
a un circuito generador de tierra virtual de 1.8 V, construido usando U8 MCP6021,
este dispositivo es un amplificador operacional con ruido de 8.7 nV en un ancho de
banda de 10 kHz y una corriente de fuga de 0.01 µA. La tierra virtual se utiliza
para desplazar los potenciales registrados a un voltaje adecuado que permita el
procesamiento de señales con amplitud negativa.
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Para realizar todas las acciones, de cada bloque, se tiene que montar el dispositivo
ADS1298 en una tarjeta de circuito impreso, debido a que este dispositivo solo se
encuentra en encapsulado de montaje superficial o encapsulado PAG. La hoja de
datos del AS1298 especifica que existen dos maneras de conectar al dispositivo:
conectarlo a una alimentación unipolar (+3V/+1.8), o conectar el dispositivo a una
alimentación bipolar (±1.5/1.8). En nuestro caso utilizaremos la conexión con
alimentación unipolar.
Figura 3.14. Conexión con una alimentación unipolar (+3V/+1.8)
El dispositivo ADS1298 tiene 3 fuetes de alimentación: AVDD, AVDD1 y DVDD.
AVDD y AVDD1, ambas, deben estar los más estáticas posibles. Es recomendable
que AVDD1 y AVSS1 estén conectadas en estrella con AVDD y AVSS. Es
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importante eliminar el ruido de AVDD y AVDD1. Cada fuente de voltaje del
ADS1298 de estar en modo bypass usando capacitores cerámicos de 10 µF y de 0.1
µF.
Para la conexión del ADS1298 con una fuente de alimentación unipolar, la
alimentación analógica (AVDD) es referenciada a una tierra analógica (AVSS) y las
alimentaciones digitales (DVDD) deben estar referenciadas una tierra digital
(DGND [17]).
Figura 3.15. Diagrama de conexión para el ADS1298.
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Las señales J1 – J6 de los pines INxP (donde x puede ser 1, 2, 3, 4, 5, 6) se conectan
a la entrada diferencial positiva de canal del ADS1298, mientras que la entrada
diferencial negativa de todos los canales se conecta a un circuito generador de
tierra virtual de 1.8 V, construido usando U8 MCP6021, este dispositivo es un
amplificador operacional con ruido de 8.7 nV en un ancho de banda de 10 kHz y
una corriente de fuga de 0.01 µA. La tierra virtual se utiliza para desplazar los
potenciales registrados a un voltaje adecuado que permita el procesamiento de
señales con amplitud negativa.
Cabe recalcar que para configurar los parámetros para la amplificación, el filtrado
y la digitalización que se realiza en el dispositivo ADS1298, es necesario programar
el dispositivo vía software para cambiar los registros del componente y así
modificar sus parámetros. En este trabajo no nos enfocaremos en la programación
para los cambios en la configuración del ADS1298. También es importante
mencionar que para este capítulo se utiliza el dispositivo ADS1298 con 8 canales
para adquisición de señales a pesar de que solo se utilizan 6 canales ya que aunque
el fabricante Texas Instruments Incorporated cuenta con el mismo dispositivo ADS
1296 que cuenta exclusivamente con solo 6 canales solamente todavía no se cuenta
disponibles para compra y envío es por eso que se decidió comprar el ADS1298 de
8 canales para el prototipo mientras se encuentran disponibles los ADS1296.
Una vez que las señales eléctricas han sido tratadas, se transmiten a la siguiente
parte del sistema telemétrico utilizando un interfaz SPI. La interfaz SPI (Serial
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Peripheral Interface) es un estándar de comunicaciones, usado principalmente para
la transferencia de información entre circuitos integrados en equipos electrónicos.
El bus de interfaz de periféricos serie o bus SPI es un estándar para controlar casi
cualquier dispositivo electrónico digital que acepte un flujo de bits serie regulado
por un reloj. La interfaz SPI consta de cuatro señales: CS, SCLK, DIN y DOUT. Esta
interfaz lee los datos convertidos y, lee y escribe los registros de control del
ADS1298. Para realizar la interfaz SPI con otro dispositivo se utiliza el Header P4
(conector que se muestra en la figura 3.15)
3.4.2.2 Microcontrolador en modo esclavo
En este caso la interfaz SPI se realizara entre el dispositivo ADS1298 y un
microcontrolador. Para esta parte fue necesario utilizar un microcontrolador que
cuente con ciertas características: que pueda utilizar las interfaces SPI y RS-232 de
módulo EUSART, que sea pequeño pero que cuente con la cantidad de puertos con
pines necesarios para cada una de sus tareas, que cuente con un oscilador interno
para evitar el uso de un oscilador externo y que pueda trabajar con un voltaje de
aproximadamente 3V. Una característica muy importante con la cual debe contar
este microcontrolador es su velocidad de conversión rápida capaz de digitalizar los
datos provenientes del front-end ADS1298, ya que este dispositivo le entregara una
trama de datos grande de 144 bits, y el microcontrolador deberá almacenar esta
trama para luego empaquetar la trama en pequeños paquetes de 8 bits cada uno
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para poder enviarlos. El empaquetamientos se debe realizar debido a la
estandarización que requiere el protocolo RS-232.
Es por eso que para este diseño se decidió que el microcontrolador a utilizar, en
modo esclavo, para establecer la comunicación con el dispositivo ADS1298 es el
PIC12LF1822 de Microchip, con encapsulado PDIP, ya que este encapsulado es de
montaje superficial y ocupa poco espacio. Este microcontrolador presenta un
voltaje de operación unipolar (1.8 V a 3.6 V), corriente de operación de 75 µA @ 1
MHz, programación serial in-circuit (ICSP) mediante dos pines, oscilador interno
con rango de frecuencias desde 31 kHz hasta 32 MHz y un puerto serial síncrono
(MSSP) con interfaz SPI. Cuenta con un solo puerto de trabajo con 6 pines I/O
disponibles, un oscilador interno de precisión de hasta 32 MHz. También cuenta
con el módulo EUSART necesario para la transmisión de datos por el protocolo RS232[16].
El ADS1298 le envía las señales eléctricas digitalizadas al microcontrolador
PIC12LF1822, el microcontrolador almacena esta señales ya que para enviarlas al
transceptor se debe cambiar de interfaz, utilizando ahora el módulo EUSART
(Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Reciver Transmitter), este es un
puerto periférico de comunicación serial de entrada o salida, que utiliza una
interfaz de comunicación RS-232, la cual es una interfaz que designa una norma
para el intercambio de una serie de datos binarios entre un DTE (Equipo terminal
de datos) y un DCE (Data Communication Equipment, Equipo de Comunicación
73
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de datos). Para esto el microcontrolador deberá enviar los datos que se generan de
las 6 señales eléctricas que le entrega el ADS1298. La suma de las señales generan
20 bytes de información, cada byte consta de 10 bits (8 bits de información, 1 de
inicio y uno de parada como corresponde a la interfaz RS-232). Se utilizan 20 bytes
de información debido a que el ADS1299 digitaliza cada señal de tal manera que
entrega 24 bit de información por cada señal eléctrica, por lo tanto el
microcontrolador necesitara 3 bytes por cada señal, lo que hace un total de 18
bytes. Además de estos 18 bytes la estación base de trabajo que recibirá los datos,
está configurada de tal manera que es necesario enviar 2 bytes más como
cabeceras, lo que nos da un total de 20 bytes por enviar.
Primera cabecera
Información
Segunda cabecera
Información
1 byte = 0xA5
9 bytes
1 byte = 0x5A
9 bytes
Figura 3.16. Diagrama de la división de Bytes que envía el microcontrolador.
Un dato muy importante a considerar es el tiempo que se deberá esperar entre él
envió de muestras. Es necesario realizar una pausa de 2 ms entre muestra y
muestra, esto con la finalidad de que la unidad receptora y la PC ubicados en la
estación base de trabajo tengan un tiempo “muerto” entre muestra y muestra para
poder procesar las señales y así mostrarlas de manera gráfica. Las dos cabeceras
son enviadas con la finalidad de poder distinguir los bytes de información de cada
uno de los sensores que capturan las señales a transmitir. La terminal TX del
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PIC12LF1822 que está situada en el pin RA4, envía la trama de datos de 160 bits de
información, generada por el ADS129, al dispositivo transceptor, configurado en
modo de transmisión. Para el envío de datos de manera inalámbrica se utiliza el
modulo transceptor DR330 del Fabricante RF Monolithics, Inc.
3.4.2.3 Modulo transceptor en modo transmisión
Figura 3.17. Modulo transceptor DR300 de RF Monolithics Inc.
El módulo DR300 consta de una tarjeta de circuito impreso con el transceptor
hibrido TR1100 dentro del módulo transceptor. El TR1100 es un transceptor ideal
para transmisión inalámbrica de datos a corta distancia donde el espacio reducido,
la potencia de consumo bajo y a un bajo costo. Emplea una arquitectura de
amplificador de secuencia hibrida (ASH, amplifier-sequeced hybrid) para logra la
mezcla única de sus características. El TR110 es optimizado para transmitir por
radio frecuencia datos a velocidades de 256 kbps hasta 1Mbps usando una
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modulación de tipo ASK (amplitude-shift keyed). Este transmisor
emplea un
filtrado de tipo sierra (SAW filter en inglés) para suprimir los harmónicos de
salida. El TR1100 opera a una frecuencia fo de 916.50 MHz con una velocidad de
transmisión de datos de 1 Mbps, el cual presenta un voltaje de alimentación
unipolar (2.7 – 3.5 V).
Figura 3.18. Transceptor Hibrido TR1100.
El TR110 en modo de transmisión soporta dos formatos de modulación, el formato
on-off keyed (OOK) y el amplitude-shift keyed (ASK), siendo esta segunda la más
utilizada por el transceptor y la que se utilizara para este trabajo, debido a que este
formato de modulación suele ser usado para velocidades altas de transmisión de
datos en forma de pulsos con periodos menores a 30 µs. Además la modulación
ASK reduce los efectos de algunos tipos de interferencia y permite que los pulsos
transmitidos se formen para controlar el ancho de banda de modulación. La
potencia mínima de salida ocurre en la modulación ASK cuando la modulación
tiene un consumo de 10 µA de corriente en el Pin TXMOD. La potencia de salida
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de radio frecuencia es proporcional a la corriente de entrada en el pin TXMOD,
para esto una resistencia en serie es usada para ajustar el pico de potencia de
transmisión [19].
El módulo DR3300 contiene el transceptor TR1100 implementado en la tarjeta de
circuito impreso con los componentes correctos para ser usados en la transmisión y
en la recepción de datos. En la figura 3.19 se muestra el esquemático del PCB del
módulo en donde el ASH transceiver (transceptor en inglés) es el TR1100.
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Figura 3.19. Esquematico del modulo DR3300.
La hoja de datos del módulo DR3300 contiene una tabla con la explicación
detallada de cada uno de los pines que tiene el modulo, que dispositivo electrónico
debe conectarse externamente para su funcionamiento, el cálculo de la magnitud
del dispositivo (si es necesario) y a que pin del transceptor TR1100 se conecta
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directamente. (La tabla se encuentra en el Anexo 2. Algunos de los pines a tomar
en consideración para el diseño son los siguientes:
 Pin 1 (AGC/VCC): Este pin se conecta directamente al pin AGCCAP del
Transceptor. Para habilitar esta operación (requerida para una transmisión
de tipo ASK) un capacitor externo debe ser colocado entre este pin y tierra.
El capacitor establece el tiempo mínimo en el cual se mantendrá el control
automático de ganancia una vez que es amarrado. Para un tiempo dado de
tAGH, el valor del capacitor CAGC se obtiene de la siguiente fórmula:
Para una operación con una velocidad de transmisión de 1Mbps, se coloca
una un capacitor cerámico de 100pF en este pin.
 Pin 2 (PK DET): Este pin controla la operación de detección de pico. Un
capacitor externo colocado entre este pin y tierra establece el tiempo de
detección y decaimiento, el cual tiene un arreglo de 1:1000. Para una
aplicación con una transmisión de 1Mbps, el tiempo de detección se
establece en 0.024 µs con un capacitor de 100pF.
 Pin 4 (RX DATA): RX DATA es conectado directo al pin des salida de datos
del Transceiver.
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 Pin 5 (TX IN): El pin TX IN está conectado al pin TXMOD del transceptor a
través de una resistencia de 4.7kΩ en la placa de circuito. Una resistencia
adicional debe ser colocada en serie entre la fuente de modulación y el pin
TX IN, dependiendo de la potencia de transmisión y el pico de voltaje de
modulación. Para calcular la potencia de salida se tiene la siguiente
ecuación:
[
]
Donde Po esta en mW, el pico del voltaje de modulación VTXH está en volts
y el resistor externo de modulación RM es en kiloohms.
 Pin 11 (CTR1) y PIN 12 (CTR0): CTR1 y CTR0 seleccionan el modo de
operación del Transceiver. Si CTR1 y CTR0 están en un estado lógico alto
entonces colocan al módulo en su modo de recepción. Si CTR1 y CTR0 están
ambos en un estado bajo lógico, establecen al módulo en su modo de bajo
consumo de energía (sleep mode). Si CTR1 está en alto y CTR0 está en
estado bajo, establecen al módulo en un modo de transmisión de tipo ASK.
Si CTR1 está en un estado bajo y CTR0 está en estado alto entonces el
modulo se pone en modo de transmisión de tipo OOK. Estos pines siempre
deben estar en un estado lógico por lo cual se recomienda nunca dejar al
aire alguno de los pines [15].
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Para la transmisión se utilizara el diagrama de aplicación que muestra la hoja de
datos que se muestra en la figura 3.20, con un una ligera modificación. La
resistencia RM
de 3.3 KΩ la cambiamos por una resistencia de 1KΩ ya que
buscamos que el voltaje VTXH sea de aproximadamente 2.5 V y así tener pulsos de
transmisión con una forma detalla que produzca que el microcontrolador de la
estación de trabajo pueda recibir la información de manera más detallada, ya que
voltajes más bajos producidos con resistencias más grandes provoca pulsos con un
tipo de filtrado que provoca que la lectura de datos en la estación base no sea muy
confiable.
Figura 3.20. Circuito de aplicación para la transmisión de 1Mbps.
La conexión que se realiza entre el microcontrolador PIC12LF1822 se muestra en la
siguiente figura.
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Figura 3.21. Diagrama esquemático para transmisión inalámbrica de potenciales
neuronales.
Las señales de los potenciales de acción en forma de datos digitalizados, son
enviadas por el DR3300 hacia la computadora que se encuentra en la estación base,
ahí los datos son visualizados a través de un Programa de visualización gráfica. Si
las señales que se envían no son del gusto del operante del sistema pueden
reposicionar los sensores que se encuentran en el lóbulo central de rata o puede
enviar información para el ajuste de los parámetros para el amplificador
programable del ADS. Para esto la estación base enviara datos de información por
un módulo transceptor DR3100 que se empleará para enviar comandos al módulo
Backstage de la rata para cambiar las condiciones de registro o mover los
electrodos empleados durante un experimento. Este módulo RF es de bajo
consumo pero de menor ancho de banda que el DR3300, ya que no se necesita de
tanta velocidad de trasmisión para la tarea que tiene que cumplir, ya que el
reacomodo de los electrodos se realiza en durante periodos separados por un largo
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tiempo (horas). Debido a este ajuste de parámetros de los dispositivos electrónicos
del sistema, es necesario el uso de otro modulo transceptor en modo recepción que
para que reciba los datos que indiquen las magnitudes de los cambios
3.4.2.4 Modulo transceptor en modo recepción
En el Backstage se tiene nuevamente un módulo DR3300 pero ahora se utiliza en
modo recepción configurando por los pines de CTR1 y CTR0. El módulo de radio
frecuencia DR3300 está conectado en modo receptor, modo en el cual el
amplificador-secuencial nos provee más de 100dB de ganancia de la señal de radio
frecuencia sin necesidad de proteger o desacoplar el módulo. El DR3300 receptor
opera a una velocidad de 1Mbps, los capacitores C1 y C2 establecen esta velocidad
de recepción, valor recomendado por el fabricante para la velocidad de 1 Mbps, el
capacitor C1 establece la frecuencia del generador de control automático (AGC)
para el transceptor; a su vez esta frecuencia es bien configurada solo si el detector
de picos está configurado a la misma frecuencia o ligeramente pasada, si esta se
pasa demasiado habrá un retraso considerable en la señal con la posibilidad de
perder información. Los datos recibidos son enviados por el pin de RX DAT hacia
otro microcontrolador que trabaje con los datos recibidos.
Para este sistema telemétrico es necesario utilizar 2 módulos DR3300 en el
Backstage y dos microcontroladores PIC12LF1822. Es necesario utilizar dos
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módulos DR3300 ya que la hoja de datos del transceptor hibrido TR1100 especifica
que el tiempo requerido de conmutación entre el modo recepción y el modo
transmisión y viceversa, es de 12 µs, puede llegar a ser mayor para la conmutación
entre el modo transmisión al modo recepción. Este tiempo de retardo se debe al
encendido del oscilador interno del transmisor.
Nuevamente es preciso contar con un microcontrolador que pueda realizar el
procesamiento de los datos que son enviados desde la PC en la estación base de
trabajo y determine si los datos son para el cambio de parámetros del Analog
Front-End o son cambios en los registros de los micromotores. Para esta tarea es
necesario un microcontrolador que tenga la opción de utilizar el protocolo RS-232.
Como el microcontrolador PIC12LF18 cuenta con características perfectas para el
sistema y se decidió que el microcontrolador maestro sea el mismo tipo que el
microcontrolador esclavo, se optó nuevamente por este microcontrolador.
Figura 3.22. Diagrama esquemático de la recepción de datos provenientes de la estación
base de trabajo.
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3.2.4.5 Microcontrolador en modo Maestro
El microcontrolador maestro PIC12LF1822 que recibe los datos que provienen de la
estación base y son recibidos por el DR3300 receptor, primordialmente tiene la
función la determinación de si los datos recibidos corresponden a un comando
para el mismo o, en su caso contrario, como segunda función debe transmitir a
través de su terminal TX del Pin RA5 por interfaz RS-232, los comandos de registro
a la terminal RX del PIC12LF1822 esclavo quien se encarga del ajuste de
parámetros del dispositivo ADS1298 por medio de la Interfaz SPI, misma que se
utiliza para la transmisión de datos de la señales desde el ADS1298 hacia el
micocontrolador PIC12LF1822.
Figura 3.23. Diagrama esquemático de la comunicación vía RS-232 ente los dos
microcontroladores
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La tercera función del PIC12LF1822 maestro es enviar por la interfaz I 2C la
información necesaria para modificar los parámetros de la tarjeta MC-3300
controladora de los micromotores para que ajusten a los electrodos a la posición
nueva deseada.
Figura 3.24. Diagrama esquemático que ilustra la salida de los buses de comunicación
SDO y SCL para comunicación I2C de los micromotores.
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Figura 3.25. Diagrama esquemático de la conexión entre los microcontroladores
PIC12LF1822 y los Módulos DR3300.
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CAPÍTULO IV:
PRUEBAS Y
RESULTADOS
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4.1 Pruebas
Se realizaron pruebas para verificar la transmisión y recepción de datos a los
parámetros indicados, distancia y velocidad. Para ello fue necesario realizar
tarjetas prototipo tanto para el módulo de recepción como para el módulo de
transmisión. Con el fin de encontrar una solución al problema de dimensiones,
peso y autonomía, se diseñó la tarjeta del transmisor y receptor lo más pequeño
posible, utilizando componentes de montaje de superficie y de bajo consumo.
En la siguiente figura, se muestra la tarjeta prototipo del transmisor/receptor.
Figura 4.1. Diseño de tarjeta de transmisor/receptor
En el módulo de backstage se tendrá una tarjeta transmisora y una receptora,
aunque estas dos tendrán el mismo diseño y construcción. En la figura 4.2, se
presenta una fotografía de las tarjetas de transmisión/recepción.
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Figura 4.2. Montaje de tarje de transmisor/receptor
Para la simulación de la estación base también se desarrolló una tarjeta. En la
figura 4.3 se presenta dicha tarjeta.
Figura 4.3. Tarjeta de receptora, para la simulación de estación base
Esta tarjeta sirve para comprobar si los datos enviados desde el subsistema de
transmisión son correctos. Adicional a esta tarjeta se empleó una tarjeta más para
hacer la interface gráfica, y cerciorarse del correcto funcionamiento del subsistema.
Esta tarjeta es un módulo entrenador de PIC’s denominada G-PIC. Se muestra en la
figura 4.4.
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Figura 4.4. Tarjeta entrenadora G-Pic
Teniendo cada una de las partes del subsistema de comunicación inalámbrica se
realizaron las pruebas. En la figura 4.5 se presenta un diagrama a bloques de la
conexión de estas partes para las pruebas.
Tarjeta
Entranador
a
G-PIC
Receptor
Transceiver
Microcontrolado
r
Figura 4.5. Diagrama a bloques de conexión para pruebas
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Software
Para probar la transmisión y recepción de datos se implementó en el
microcontrolador un generador de secuencias. En la figura 4.6 se ilustra el
diagrama de flujo para la programación del microcontrolador del transmisor.
Figura 4.6. Diagrama de flujo de programación para microcontrolador de transmisor
Para el receptor, se implementó un algoritmo más sencillo, que únicamente obtiene
los datos del receptor inalámbrico y los despliega a través de la pantalla de LCD.
En la figura 4.7 se presenta el diagrama de flujo para la programación del
microcontrolador.
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Figura 4.7. Diagrama de flujo de programación para microcontrolador de receptor
4.2 Resultados
Se logró satisfactoriamente la transmisión y recepción de datos de la estación base
al subsistema de comunicación del backstage, con las siguientes características:

Distancia máxima del enlace 4.5 metros

Velocidad de transmisión de datos de 1Mbps

Voltaje de alimentación de 3.3 Volts
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Figura 4.8. Prueba de subsistema de comunicación inalámbrica
Se realizaron pruebas del subsistema enviando una cadena de datos, tal cual se
tiene definido, con la cabecera 1, y 9 bytes de datos, seguido de la cabecera 2 y 9
bytes de datos. En la figura se observa como los datos son recibidos y desplegados
a través de una pantalla de LCD, como simulación de la recepción en la estación
base.
4.3 Conclusiones
El subsistema de comunicación inalámbrica del backstage, cumple con las
funciones de transmitir y recibir datos desde la estación base. El transmisor se
comunica a través del bus SPI al amplificador y acondicionador de datos, para
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posteriormente convertirlos y enviarlos. Por su parte el receptor se comunica a
través del bus I2C al módulo de potencia de los micro-motores, para hacer el
reposicionamiento de los electrodos.
El subsistema de comunicación inalámbrica funciona correctamente, de acuerdo
con los parámetros establecidos, distancia, tamaño, potencia. Es importante que
exista una buena conjunción de todos los subsistemas para que el proyecto sea
confiable.
4.4 Recomendaciones
Es necesario realizar las pruebas con la integración de los demás subsistemas, para
ver comprobar la conjunción y el correcto funcionamiento. Es necesario también
realizar una estandarización física de los sistemas, esto es dimensiones, pesos y
consumo.
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CAPÍTULO V:
PERSPECTIVAS Y
TENDENCIAS
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5.1 Perspectivas, tendencias a corto y largo plazo
Este proyecto tiene como finalidad el monitoreo en tiempo real de señales bioeléctricas
para el estudio del comportamiento del cerebro de una rata, ante manipulaciones
farmacológicas. La importancia de este proyecto radica en desecho o mejoramiento de
fármacos, a través de dicho estudio.
La precisión, veracidad y desempeño de cada uno de los subsistemas que integran este
proyecto, hacen que el sistema completo sea de igual manera.
5.1.1 Tendencias a corto plazo
La meta que se pretende a corto plazo es la integración del subsistema de transmisión de
datos inalámbrico, con los demás subsistemas, que se encuentran dentro de los módulos
de backstage, headstage y estación base, con un correcto funcionamiento.
5.1.2 Tendencias a largo plazo
La meta a largo plazo es que se implemente el sistema completo en un laboratorio que
realice pruebas experimentales con fármacos en animales, en específico ratas.
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Referencias Bibliográficas
[1].- Carmen Cavada, Historia de la neurociencia, [En línea], Madrid, Pág.
1,<http://www.senc.es/docs/Historia_de_La_Neurociencia_CC.pdf>,
[consulta:
25 octubre 2011].
[2].- Animales en la investigación científica, [En línea], Puerto Rico
http://www.salonhogar.net/Zoologia/Los_animales_en_investigacioncientifica.h
tm> [Consulta: 8 noviembre 2011].
[3].- Álvarez Cervera, Fernando José, ¿Usar animales para estudiar el cerebro?
[Diapositivas], Mérida, Yucatán, [2011], 57 diapositivas.
[4].- Yahoo! Respuestas, ¿Porque se usan ratones de laboratorio para estudiar
enfermedades
humanas?
[En
línea],
http://es.answers.yahoo.com/
question/index?qid=20090428105321AAOUhOr, [Consulta: 5 noviembre 2011].
[5].-
Meraz
Ríos,
Marco
Antonio,
Ratón
de
Laboratorio,
[en
línea],
<http://es.wikipedia.org/wiki/Rat%C3%B3n_de_laboratorio>, [Consulta: 6 noviembre
2011].
[6].-
Massimo
Scanziani,
Michael
Häusser,
Electrofisiología,
[en
línea],
<http://es.wikipedia.org/wiki/Electrofisiología>, [Consulta: 28 octubre 2011].
[7].-
Robert J. Brady, S. Brown, M. Wallace, Neuronas y Neurotransmisores,
[PDF], México 1989, Pags. 2-4.
98
Taller de Investigación II| Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Instituto Tecnológico de
[SISTEMA TELEMÉTRICO INALÁMBRICO PARA] Mérida
<http://escuela.med.puc.cl/paginas/cursos/segundo/histologia/histologiaweb/
paginas/ne35145.html.> [Consulta: 25 de octubre 2011]
[8].- The Axon Guide A Guide to Electrophysiology & Biophysics Laboratory
Techniques, [pdf en línea], Sunnyvale, California, Pags. 25,51,
<http://www.culturacientifica.org/textosudc/Axon_Guide.pdf>, [Consulta: 10
noviembre 2011].
[9].- Chestek Cynthia A., IEEE, Vikash Gilja, Paul Nuyujukian, Ryan J. Kier, Florian
Solzbacher, Stephen I. Ryu, Reid R. Harrison, and Krishna V. Shenoy, HermesC:
Low-Power Wireless Neural Recording System for Freely Moving Primates, IEEE
Transactions On Neural Systems And Rehabilitation Engineering, Vol. 17, No. 4,
August 2009.
[10].- Álvarez Cervera, María M. Sistema telemétrico inalámbrico para la
transmisión de potenciales de acción neuronales extracelulares. Tesis. Instituto
Tecnológico de Mérida, 2010. 16 h.
[11].- Christoph Zrenner, Danny Eytan, Avner Wallach, Hans-Peter Thier, Shimon
Marom. A generic framework for real-time multi-channel neuronal signal analysis,
telemetry control and sub-millisecond latency feedback generation, Huntington
Medical Research Institutes, USA, 28 May 2010
[12].- Ainsworth A., O’Keefe J. (1977). A lightweight microdrive for the
simultaneous recording of several units in the awake, freely moving rat. J. Physiol.
99
Taller de Investigación II| Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Instituto Tecnológico de
[SISTEMA TELEMÉTRICO INALÁMBRICO PARA] Mérida
(Lond.), 269: 8P-[13].- Fischer H., Kautz H., Kutsch W. (1996). A radiotelemetric 2channel unit for transmission of muscle potentials during free flight of the desert
locust, Schistocercagregaria. Journal of Neuroscience Methods, 64: 39-45.
[14].- Reid R. Harrison, Haleh Fotowat, Raymond Chan, Ryan J. Kier, Robert
Olberg, Anthony Leonardo, Fabrizio Gabbiani, Wireless Neural/EMG Telemetry
Systems for Small Freely Moving Animals, IEEE Transactions On Biomedical
Circuits And Systems, Vol. 5, No. 2, April 2011.
[15]. - RF Monolithics, Inc. DR3300, 916.50 MHz Transceiver Module. [En linea]
Data sheet. <www.rfm.com/products/data/dr3300.pdf> [consulta: Febrero 2011].
[16]. - Microchip Technology inc. PIC 12F/LF1822/PIC16F/LF1823. [En linea].
Data sheet <http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41413B.pdf>
[consulta: Marzo 2011].
[17]. - Texas Instrumets. Low-Power, 8 Channel, 24-Bit Analog Front-End for
Biopotential MEasurements. [En linea] Data Sheet
http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=ads1
298&fileType=pdf [consulta: Marzo 2011].
[18]. - Abracon Corporation. ACO 5Vdc HCMOS/TTL Compatible Full-Size Dip
Crystal Clock Oscillators. [En linea] Data Sheet.
<http://www.abracon.com/Oscillators/aco.pdf > [consulta: Agosto 2011].
[19]. - RF Monolithics, Inc. TR1100, 916.50 MHz Hybrid Transceiver. [En linea]
Data Sheet. <http://www.abracon.com/Oscillators/aco.pdf> [consulta: Febrero
2011]
[20]. - Heredia López, Francisco J. Un sistema telemétrico para la captura de
potenciales de acción extracelulares, reposicionamiento de los microelectrodos y
captura de la actividad motora en ratas. Tesis (Doctor en Ciencias, mención en
Ingeniería Biomédica). Universidad Autónoma de Yucatán, 2009. 191 h.
100
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ANEXO 1
101
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Anexo 1
Registros del controlador NSD-1202.
Mapa de registro para la modificación de parámetros del controlador de motores
NSD-1202:

Registros

Period Counter:

Pulse Counter:
102
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
Output Voltage:

Duty Cicle:
103
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En las siguientes figuras se encuentra una tabla e imagenes que explica el diagrama
de los pines y su explicación de la tarjeta MC-33DB Daughter Board.
Tabla 1. Conexiones para la tarjeta MC-33DB Daughter Board
Figura 1. Diagrama PCB Layout de la tarjeta MC-33DB
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ANEXO 2
105
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Anexo 2
Descripción del Módulo DR-3300
En la siguiente tabla se encuentra la explicación detallada de cada uno de los pines
que tiene el módulo DR-3300, que dispositivo electrónico externo debe conectarse
para su funcionamiento, el cálculo de la magnitud del dispositivo (si es necesario)
y a que pin del transceptor TR1100 se conecta directamente.
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Tabla 1. Descripción de los pines del módulo DR-3300.
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