Neuroestimulador translingual: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Este proyecto fue encargado por Mark de Nueva Escocia. Cuesta $ USD 471.88 en partes y tomó 66.5 horas para diseñar y construir. Las dos fotos de arriba con la caja de plástico son de la segunda versión (adjunta) del dispositivo, encargada por un compañero en Alemania.

Si es como yo, su primera exposición a este dispositivo fue en artículos de noticias que tenían imágenes de personas ciegas que lo usaban para "ver" una imagen de baja resolución mostrándola en una rejilla de electrodos en su lengua. El dispositivo también tiene aplicaciones en varios tipos de rehabilitación: la variante "BrainPort" se puede utilizar para tratar los déficits de equilibrio a través de la sustitución sensorial vestibular y, supuestamente, simplemente enviando pulsos a través de cada electrodo de un dispositivo de estimulación de lengua electrotáctil (combinado con ejercicios relevantes, p. Ej. entrenamiento del equilibrio) puede mejorar algunas condiciones neurológicas, lo que me desconcierta. También he escuchado algunos informes de que el dispositivo PoNS (que estimula la lengua pero no envía información a través de ella) es pseudociencia y no hace nada en términos de mejorar las condiciones médicas de las personas. Actualmente no hay investigaciones suficientes para decir con certeza que el dispositivo PoNS es útil para cualquier cosa, y los documentos que afirman la efectividad del dispositivo PoNS y otros similares fueron financiados por los fabricantes del dispositivo, lo cual es todo tipo de sospechas debido a la conflictos de intereses inherentes. Yo, quicksilv3rflash, no hago ninguna afirmación sobre la eficacia médica de este dispositivo, así es como construirlo si lo desea.

De todos modos, como siempre es el caso de mis proyectos de clonación de hardware médico, el manual de la versión comercial que encontré tiene un precio absurdamente alto: más de $ 5000 USD, excesivamente alto dado el costo real de las piezas ($ 471.88 USD a partir de 2018-09 -14). Hay muchos diseños comerciales diferentes de esta tecnología, con diferentes resoluciones de red y especificaciones de salida máxima (vi un voltaje de salida máximo que variaba de 19v a 50v, y luego la salida se enrutaba a través de una resistencia de aproximadamente 1kOhm y un condensador de bloqueo de CC de 0.1uF). Esta no es una copia exacta de ninguna versión comercial; está diseñado para emular varios diseños comerciales diferentes y tiene un modo completamente nuevo (entrenamiento de destreza) a pedido del comisionado.

Paso 1: Modos de salida

El dispositivo descrito aquí tiene tres modos de salida:

1. Emulador de equilibrio BrainPort

El BrainPort se desarrolló sobre la base de la unidad de visualización de lengua (TDU) anterior. Para entrenar el equilibrio, el BrainPort se utiliza para mostrar un patrón de 2x2 en una rejilla de electrodos de lengua de 10x10. El patrón de la rejilla de los electrodos de la lengua actúa como si fuera un objeto físico movido por la gravedad; permanece en el centro de la cuadrícula si la cabeza del usuario se mantiene erguida. Si el usuario se inclina hacia adelante, el patrón se mueve hacia el frente de la lengua del usuario, y si el usuario se inclina hacia la derecha, el patrón se mueve hacia el lado derecho de la lengua del usuario. Lo mismo vale para inclinarse hacia la izquierda o hacia atrás (el patrón se moverá desde el centro de la cuadrícula hacia la izquierda o la parte posterior de la lengua del usuario).

2. Emulador PoNS

A diferencia de BrainPort o Tongue Display Unit, la salida PoNS no transporta ninguna información y no puede ser modulada por una señal externa. Parafraseando el artículo en el enlace anterior, después de que los investigadores descubrieron que el entrenamiento de equilibrio con BrainPort mejoraba el rendimiento incluso durante meses después de que se retirara el dispositivo de la boca, sospechaban que la estimulación electrotáctil en sí misma podría de alguna manera facilitar la neurorrehabilitación, incluso sin que se suministre información. la pantalla de la lengua. La primera versión del dispositivo PoNS tenía una cuadrícula de electrodos cuadrada como el dispositivo que se describe aquí, pero vale la pena señalar que las versiones posteriores (a partir de la versión 2 en 2011) del dispositivo PoNS no tienen una cuadrícula de electrodos de salida cuadrada, sino que utilizan una vaga media luna. en forma de luna que se ajusta a lo largo de la parte delantera de la lengua y tiene 144 electrodos. Tenga en cuenta que el autor de este Instructable no puede afirmar con certeza que el dispositivo PoNS realmente hace algo útil.

3. Modo de destreza

Específicamente solicitado por el comisionado, el modo de destreza rastrea la flexión del primer y segundo nudillos de cada dedo de la mano derecha. Se muestran diez electrodos activos a lo largo de la parte frontal de la lengua si la mano no está flexionada, cada electrodo activo corresponde a una articulación. A medida que se flexionan las articulaciones, los electrodos activos correspondientes se mueven desde el frente hacia la parte posterior de la lengua, proporcionando retroalimentación electrotáctil que describe la posición de la mano del usuario.

Paso 2: Lista de piezas

[Costo total: $ 471.88 USD al 14 de septiembre de 2018]

10 x 47K ohmios 0603

10x MUX506IDWR

15x UMK107ABJ105KAHT

110x VJ0603Y104KXAAC

120x RT0603FRE0710KL

110x MCT06030C1004FP500

5x TNPW060340K0BEEA

5x HRG3216P-1001-B-T1

5x DAC7311IDCKR

5x LM324D

10 veces SN7400D

10 veces M20-999404

3x cables planos hembra a hembra, 40 hilos / cable

5 placas de circuito de rejilla de electrodos de lengua

5 placas de circuito de controlador de salida

2x Arduino uno

2 módulos Boost XL6009

1x soporte 6AA

Clip de batería 1x 9v

1x interruptor de encendido

1x teclado / pantalla VMA203

1x acelerómetro, módulo ADXL335

10x sensores Flex, símbolo de espectro flex 2.2"

50 pies. Alambre de 24 AWG

2x guantes (solo se venden por pares)

Paso 3: placas de circuito

Pedí placas de circuito a través de Seeed Studio FusionPCB. Los archivos.zip incluidos en este paso son los archivos gerber necesarios. Las placas de controlador se pueden hacer con la configuración predeterminada de Seeed, pero la rejilla del electrodo de la lengua requiere una mayor precisión (espacio libre de 5/5 mil) y chapado en oro (ENIG, aunque puede obtener oro duro en su lugar si desea que duren más, y si tienes $ 200 extra). También conseguí fabricar la rejilla del electrodo de lengua con la opción de placa de circuito más delgada, 0,6 mm, lo que la hace ligeramente flexible.

Debido al alto costo de las placas de circuito de poliimida flexible, optamos por utilizar una placa rígida para este prototipo. Quienes lean estas instrucciones y deseen que este dispositivo se fabrique en poliimida deben tener en cuenta que la precisión requerida es de 5 mil trazas / 5 mil de espacio libre, que Seeedstudio no proporcionará en PCB flexible. Probablemente puede salirse con la suya si lo fabrique en el proceso de 6mil / 6mil que Seeed usa para la poliimida, pero espere que algunas de las placas estén defectuosas y examine / pruebe cada una. Además, una serie de tableros flexibles de poliimida cuesta alrededor de $ 320, la última vez que lo comprobé.

Después de recibir las placas de electrodos de lengua, deberá cortar el exceso de material. Usé un clon de dremel con un disco de corte abrasivo.

Paso 4: controlador de salida Arduino

El controlador de salida Arduino controla las placas de circuito de salida para impulsar los electrodos en función de la entrada en serie del generador de cuadros Arduino. Tenga en cuenta que la mitad de las salidas están conectadas como una imagen invertida de las demás, por lo que el código del controlador de salida es un poco extraño para tener esto en cuenta.

Paso 5: Generador de cuadros Arduino

El generador de cuadros Arduino toma datos del guante sensor de posición y el acelerómetro y los convierte en los datos del cuadro de salida que finalmente controlarán la visualización de la lengua. El generador de cuadros Arduino también tiene el módulo de teclado / botón VMA203 conectado y controla la interfaz de usuario del dispositivo. El código del controlador dentro del generador de cuadros Arduino está lleno de números mágicos (valores literales utilizados sin explicación en el código) basados en las salidas de los sensores flexibles individuales, que varían ampliamente, y el acelerómetro.

Paso 6: Circuito del multiplexor del sensor

Tengo más sensores analógicos que entradas analógicas, así que necesitaba usar un multiplexor.

Paso 7: Circuito del controlador de salida

Adjunto aquí como.pdf porque, de lo contrario, Instructables lo comprimirá tanto que se volverá ilegible.

Paso 8: diseño del sistema

Nota: Los dispositivos BrainPort y PoNS activan varios electrodos simultáneamente. Como está cableado y codificado aquí, este dispositivo solo activa un electrodo a la vez. Cada placa de circuito de salida tiene líneas separadas de selección de chip y habilitación de salida, por lo que este diseño se puede configurar para activar varios electrodos a la vez, simplemente no lo he cableado para hacerlo.

Paso 9: preparación del guante Flex Sensor

Los pines de los sensores flexibles son muy frágiles y se arrancan fácilmente. La superficie expuesta de los sensores flexibles también es susceptible a cortocircuitos. Soldé cables a los sensores flexibles y luego rodeé completamente las uniones con pegamento caliente para protegerlas de daños. Luego, los sensores de flexión se unieron a un guante con el centro de cada sensor colocado a través del nudillo cuya flexión se iba a medir. Naturalmente, la versión comercial de esto se vende por más de $ 10, 000.

Paso 10: Montaje físico

Debido a que los cientos de cables desde las placas de circuito del controlador hasta la rejilla del electrodo de la lengua son tan numerosos, se vuelven relativamente inflexibles como un agregado. Para entrenar el equilibrio con este dispositivo, debe poder mover la cabeza libremente mientras mantiene la rejilla del electrodo de la lengua en su lugar en la lengua. Por estas razones, tenía más sentido montar las placas de circuito del controlador en un casco.