Instituto de Ingeniería Biomédica - Proyectos en ejecución

1. 2008 - 2010 PICT 2485 - Categoría I - Tipo A. Modelos neuro computacionales de circuitos involucrados en el aprendizaje y comportamiento: aplicación a máquinas inteligentes.

Director: Dr. Ing. B. Silvano Zanutto
El proyecto se orienta a estudiar funciones superiores del cerebro por medio del análisis teórico (computacional) y experimental (comportamiento y neurofisiología en ratas) para aplicar los conocimientos obtenidos a la construcción de maquinas inteligentes.

Son objetivos principales del proyecto:

• Completar el desarrollo de redes neuronales capaces de aprender categorías definidas como clases funcionales con la propiedad de formar relaciones de equivalencia, a partir de los modelos desarrollados y poniendo énfasis en la modelación de la fisiología neuronal.
• Encontrar la forma de interacción entre la VTA, la corteza prefrontal y núcleo accumbens en ratas midiendo y dosificando dopamina en corteza prefrontal y núcleo accumbens por medio de inotoforesis.
• A partir de las teorías realizadas, generar modelos computacionales de lesiones parciales, y de efectos farmacológicos en los distintos circuitos del modelo para la aplicación experimental en búsqueda de tratamientos.
• Desarrollar una teoría del funcionamiento del circuito de los ganglios basales e incorporarlo al modelo integral.
• Aplicar dicha teoría para explicar las disfunciones observadas en modelos animales del parkinsonismo.
• Desarrollar una teoría capaz de explicar la estimación y predicción temporal (timing).
• Desarrollar una teoría formal para explicar los experimentos sobre cooperación y dinámica de poblaciones de agentes inteligentes.
• Aplicar las teorías de cooperación a robots para que estos aprendan a cooperar en una tarea en la industria manufacturera de manera tal que si uno no logra hacer su tarea, otro coopere (reemplazándolo) para completar el trabajo.
• Desarrollo de multirobot para seguir un objetivo móvil conservando una formación.
  Palabras claves: Redes Neuronales, Robótica, Aprendizaje, Modelos Computacionales

2. 2008 - 2011 UBACYT I027. Teorías computacionales para explicar cooperación entre individuos con capacidad de aprender condicionamiento operante y clases de equivalencia. Aplicación a máquinas inteligentes.

Director: Dr. Ing. B. Silvano Zanutto

En este proyecto se desarrollarán redes neuronales utilizando datos neurofisiológicos y de la psicología experimental, que posteriormente se aplicarán a máquinas inteligentes. En la primera etapa se elaborarán teorías computacionales (con neuronas artificiales que representan grandes grupos neuronales) para explicar cooperación (en particular altruismo recíproco) evaluado con el dilema del prisionero iterado (DPI). Se simularán individuos con capacidades diferentes (modelos con posibilidad aprender condicionamiento operante, contingencias de cuarto orden y categorías lógicas) para evaluar dinámica de poblaciones. Las simulaciones incluirán datos experimentales en animales para la comprensión de los circuitos neuronales involucrados. Se estudiará el circuito del área tegmental ventral - corteza prefrontal, tanto con lesiones como registros extracelulares en animales realizando tareas de condicionamiento operante e igualación a la muestra. Las teorías desarrolladas se aplicarán al control de robots para realizar tareas de cooperación.

Palabras Claves: Redes Neuronales, Robótica, Aprendizaje, Modelos Computacionales

3. 209 - 2011 PIP 112-200801-02851 (CONICET): Teorías neurocomputacionales de mecanismos involucrados en el aprendizaje de categorías y secuencias motoras: Aplicación a máquinas inteligentes.

Director: Dr. Ing. B. Silvano Zanutto

Objetivo general
El objetivo general del proyecto será investigar sistemas adaptativos capaces de aprender el aprendizaje categorías lógicas y la formación de secuencias motoras. Esto se abordara a partir de los resultados experimentales tanto propios como de la literatura analizando las predicciones de las teorías formales elaboradas.

Los objetivos Específicos son:

• Desarrollar redes neuronales capaces de aprender categorías definidas como clases funcionales con la propiedad de formar relaciones de equivalencia, a partir de modelos para explicar condicionamiento operante y motivación.
• Desarrollar una teoría del funcionamiento del circuito de los ganglios basales y cerebelo dentro de un modelo general con la capacidad de formar categorías lógicas y seleccionar rutinas motoras adecuadas.
• Participación de los ganglios de la base y el cerebelo en el aprendizaje de secuencias motoras
• Aplicación de la teoría del aprendizaje de hábitos motores en GB y cerebelo a la navegación bi-tridimencional de agentes móviles y brazos robóticos.
• Estudiar la capacidad de realizar la tarea de delay matching-to-sample (DMTS) y transferencia de control en ratas intactas y en ratas con lesiones en la corteza prefrontal medial.

Palabras Claves: Redes Neuronales, Robótica, Aprendizaje, Modelos Computacionales

4. junio 2008 – junio 2010 UBACYT IN416 : Prototipado de Substitutos Óseos y Endoprótesis con Materiales de Porosidad Controlada

Director: Andrés Ozols, Codirector: Marta Mabel Barreiro, doctora en Odontología.

El objetivo general es el moldeado rápido de substitutos y componentes óseos metálicos y cerámicos con control de porosidad y densidad. La tecnología aplicada es el gelcasting, combinada con las de prototipado rápido para el diseño de prótesis a medida. El proceso está basado en la formulación de barbotinas (dispersiones de partículas en soluciones de monómeros y polímeros orgánicos. Estas son coladas en moldes, donde se produce el entrecruzamiento de polímeros por efecto del calentamiento a baja temperatura. Las piezas crudas son sometidas a un ciclo térmico para la pirólisis orgánica y el sinterizado final en aire o hidrógeno.

Palabras claves: Biomateriales, Prótesis, Prototipado Rápido, Substitutos Óseos

5. Proyecto Impedancia. Teoría Generalizada de Impedancia en Sistemas Biológicos.

Abordaremos el estudio de la Impedancia en el campo de la Biología, donde existen procesos en los que están involucrados fenómenos de transporte. Estos fenómenos tienen que ver con el flujo de partículas y/o energía a través de tejidos y conductos. Tales flujos son el resultado de la interacción entre campos de fuerzas, las partículas y el medio en que se desarrolla dicho flujo. En general, los medios tienden a oponerse o impedir el libre tránsito de los fluidos. Por esta condición y haciendo analogía con conceptos eléctricos, se habla de Impedancia. Dependiendo del tipo de análisis impedancimétrico, podemos obtener información de los sistemas, tanto en su morfología como en su dinámica, arrojando en consecuencia la posibilidad de conocer el estado de "normalidad" o de "patología". A partir del concepto inicial de impedancia en sistemas eléctricos, se buscará un conjunto de ecuaciones que englobe sus aplicaciones y usos en otros sistemas y, en particular, en sistemas biológicos, expresado más brevemente, intentar la generalización del concepto de impedancia.

6. 2008 – 2010 UBACYT Código I-418. Proyecto de Investigación "Compensación asistida en trastornos sensorio-motores"

Director: Máximo E. Valentinuzzi
Ings. Jorge Mazzeo y Guillermo Campiglio.

Las discapacidades motoras suelen tener consecuencias devastadoras, tanto para quien las sufre como para su grupo familiar, y constituyen un serio limitante a la integración social. Muchas de estas discapacidades ocurren a consecuencia de trastornos de la sensibilidad en miembros inferiores o superiores. Estos pueden ser provocados por patologías de diversa etiología así como por trauma físico. Los tratamientos de rehabilitación buscan reducir el impacto que, sobre la función motora, tienen las deficiencias físicas o neurológicas sufridas.

Esta investigación tiene por objetivos centrales:

• Evaluar si estímulos adecuados pueden compensar, en algún grado, los déficit sensitivos que son consecuencia de patologías o de traumas físicos
• Estudiar el posible efecto que estos estímulos artificiales pudieran tener como ayuda al proceso de rehabilitación de pacientes con discapacidades motoras.
  Entre las patologías que conducen a déficit sensitivo se encuentran: accidente cerebro vascular, diabetes, neuropatías periféricas y otras. Entre las causas de origen traumático están las amputaciones, quemaduras y congelamiento.

Los tratamientos de rehabilitación para este tipo de discapacidades son largos, usualmente no inferiores a seis meses. Los resultados de nuestro estudio podrían dar lugar a una ayuda con base tecnológica que eventualmente acortaría la duración del tratamiento y/o maximizaría la funcionalidad final. Ello es de interés para el paciente pero también para el conjunto social en el que este busca insertarse.

7. Proyecto de Investigación sobre Detección de Depósitos Calcáreos Dentales aplicando la técnica impedancimétrica.

Sin apoyo económico y propuesto, como proyecto de graduación de dos estudiantes de Ingeniería Electrónica.
El objetivo de este proyecto es desarrollar un instrumento de medición del material calcáreo depositado en piezas dentales in vivo tomando la impedancia de la pieza como variable indirecta. La detección y eliminación temprana de depósitos calcáreos en piezas dentales evita lesiones dentales como caries y gingivitis. La medición de la cantidad del material depositado es actualmente realizada por medios manuales y mecánicos.

Se debe perfeccionar el método de medición y diseñar la punta de medición adecuada a la geometría dental y para ello se propone:

• Poder obtener una señal confiable a la salida del circuito que nos permita medir el modulo de la impedancia.
• Desarrollar un electrodo que nos permita minimizar el error producido en la medición debido al efecto del mismo.
• Realizar un circuito que nos permita detectar el desfasaje entre la tensión y la corriente sobre Zx, con esto podríamos obtener la parte real e imaginaria de la impedancia.
• Adquirir los datos en una PC con una placa de adquisición analógica.

8. Proyecto Regulación Presión Arterial.

Se trata de demostrar la ubicación en el sistema nervioso central del valor de referencia para el sistema de control de la presión arterial. Existen datos experimentales que sugieren que la estabilización a largo plazo de la presión arterial del mamífero la realiza el sistema nervioso. Trabajos previos nuestros encontraron que el nucleus tractus solitarius (NTS) parece funcionar como comparador, es decir, lugar donde por diferencia surge la señal error entre señales rostrales aferentes y receptores cardiovasculares también aferentes. Sobre esta base, se simula el control cardiovascular como proceso adaptativo con la hipótesis que, durante la ontogenia, el régimen de descarga de las vías aferentes rostrales hacia el NTS permite un aprendizaje de la descarga óptima simpática eferente a través de la realimentación de quimiorreceptores. Tal proceso se lo simula con una red neural simple donde los valores simpáticos de la descarga eferente convergen a valores tales que los mecanismos autorregulatorios sea capaces eirrigar cada tejido de manera de mantener niveles normales de oxígeno y de dióxido de carbono. Al terminar el proceso ontogénico (el desarrollo del individuo), debido a cambios plásticos del sistema nervioso, la presión arterial media es controlada de manera que cada tejido puede mantener sus presiones parciales normales de gases. En este modelo, y luego del desarrollo, los regímenes de descarga de las proyecciones rostrales de NTS funcionan como la referencia (set point) del lazo cerrado y del lazo abierto del control cardiovascular.

9. 2008-2010 UBACYT I003. Proyecto Reconocimiento automático de habla para condiciones variables de ambiente y hablante con recursos computacionales moderados

Director: Claudio Estienne
Patricia Pelle, Nestor Barrazza, Luciana Ferrer

Sí bien los sistemas de reconocimiento automático del habla han hecho grandes progresos en los últimos 20 años, el campo de aplicación práctica de los mismos se encuentra aún fuertemente restringido, principalmente debido a la degradación de la perfomance que sufren al someterlos a condiciones reales de funcionamiento (ruido ambiente, habla fluida, cambios de hablante, etc.). El primer objetivo de la presente investigación es agregar características de robustez a un sistema de reconocimiento de habla en español, sin disminuir significativamente la perfomance del mismo. Para ello se propone en primer lugar el uso de lazos enganchados de fase como complemento a los clásicos coeficientes cepstrales que solo utilizan la energía de la señal de voz. Como segundo objetivo, se investigará la posibilidad de combinar los clásicos Modelos Ocultos de Markov que emplean la mayor parte de los sistemas, con modelos de máxima entropía y maquinas de soporte vectorial. Los modelos de máxima entropía serán utilizados para combinar diferentes hipótesis de reconocimiento, mientras que las máquinas de soporte vectorial se emplearán en la construcción de modelos estadísticos con mínima cantidad de parámetros. Esto último es particularmente importante para permitir una implementación del sistema con cantidades de datos de entrenamiento y recursos computacionales limitados.

Palabras claves: Reconocimiento de habla, Modelos ocultos de Markov, Máxima entropía.

10. 2008 – 2009 Proyecto UBACYT I421. Caracterización del síncope vasovagal a partir del análisis y el procesamiento de las variables hemodinámicas.

Director; Juan Carlos Perfetto

El estudio del síncope vasovagal lo podemos incluir dentro de problemas del Sistema Nervioso autónomo, a través de sus dos ramas: simpática y vagal. El fracaso del SNA en lograr mantener la presión y volumen adecuado para irrigar el cerebro es lo que trae aparejado la aparición del síncope vasovagal.

Nuestro principales objetivos son:

• Caracterizar el síncope vasovagal a partir del análisis y el procesamiento de señales hemodinámicas adquiridas durante la llamada prueba de la camilla basculante.
• Predecir la inminencia de un síncope y actuar en consecuencia, esto es particularmente importante para los pacientes que no tienen síntomas previos, y cuyo síncope puede causar traumatismos severos o riesgo de vida.

Palabras claves: Procesamiento de señales – presión arterial – sincope vasovagal.

11. 2008 – 2010 Proyecto UBACYT I001 Procesamiento de señales y Modelización o de de procesos Biomédicos

Directora: María Ines Troparevsky
Integrante: Ing. Juan Carlos Perfetto
(ver resumen en el Departamento de Matemática)

12. Análisis de señales biomédicas a través del procesamiento digital de señales

Dr. Pedro Arini

El objetivo es extraer información de las señales biomédicas, obtenidas estas de manera no invasiva, y mejorar diagnostico médico como así también el entendimiento de la fisiología. Específicamente se están desarrollando técnicas y algoritmos para estimar el Gradiente Eléctrico Ventricular cardiaco en el electrocardiograma de superficie y poder predecir riesgo de arritmia ventricular maligna.