Neuroergonomía: una ciencia sobre el cerebro y la comodidad

Neuroergonomía: una ciencia sobre el cerebro y la comodidad Ángel Correa Torres Neuroergonomía Esta obra está publicada bajo una licencia de Creative Commons de Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0). Cualquier persona puede compartir (copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato) y adaptar (remezclar, transformar y crear a partir del material), bajo las condiciones siguientes: reconocimiento (se debe reconocer adecuadamente la autoría, proporcionar un enlace a la licencia e indicar si se han realizado cambios) y no se puede utilizar el material para una finalidad comercial. Cómo citar este documento: Correa, A. (2018). Neuroergonomía: una ciencia sobre el cerebro y la comodidad. Universidad de Granada. 1ª Edición: Granada, 2018 ISBN: 978-84-09-05245-5 Neuroergonomía: una ciencia sobre el cerebro y la comodidad Ángel Correa Torres Portada: "Cerebro acomodado", de Ángel Correa (cerebro cortesía de María Ruz) https://www.ugr.es/~act Página 2 de 132 Neuroergonomía Prefacio José Juan Cañas Delgado Los ergónomos hacemos investigación en el laboratorio y fuera de él, pero siempre con un mismo objetivo: solucionar problemas a los que se enfrenta el ser humano en su interacción con el ambiente. A los ergónomos nos guían los problemas que las personas encuentran en su trabajo y en la vida cotidiana, sobre todo cuando tienen que interactuar con tecnologías. Para hacer nuestro trabajo utilizamos todo el conocimiento y todas las metodologías que sean necesarias para abordar la solución de los problemas que la sociedad nos plantea. Por esta razón, nos gusta decir que la Ergonomía es un buen ejemplo de lo que significa la “Transferencia de Investigación”, lo que significa la unión de las tres letras que forman lo que llamamos I+D+i: en Ergonomía la Investigación está estrechamente unida al Desarrollo y la Innovación y se hace siempre en función de ellos. Esta definición de Ergonomía como una disciplina de I+D+i tiene muchas consecuencias prácticas y teóricas, pero sobre todo supone un planteamiento pedagógico importante: a los alumnos que estudian Ergonomía hay que exponerles los temas en el contexto de la solución de problemas. Por ello, en un texto pensado para explicar los fundamentos de la Ergonomía a los alumnos el eje que vertebre el temario debe de ser el de los problemas de interacción entre la persona y el ambiente que queremos solucionar y no las teorías psicológicas, sociológicas o de cualquier otra ciencia. Para el ergónomo la ciencia es instrumental. La validez de una teoría o de una metodología se define y se mide por su capacidad para solucionar problemas en el diseño de la interacción entre el ser humano y los elementos del ambiente. Podríamos decir que la prueba de verdad de una teoría en Ergonomía es su validez para solucionar problemas. Con esta visión de disciplina de I+D+i, la Ergonomía ha ido desarrollándose a lo largo del último siglo incorporando muchas aproximaciones que han servido para crear un corpus de herramientas que el ergónomo puede usar para resolver los problemas a los que se enfrenta. De todas estas aproximaciones debemos destacar una que recientemente está recibiendo mucha atención por sus resultados prometedores y, sobre todo por la posibilidad técnica para ponerla en prácticas en los ambientes aplicados fuera del laboratorio. Esta aproximación es la Neuroergonomía. La Neuroergonomía significa fundamentalmente reconocer que los conocimientos que tenemos sobre los correlatos neurológicos de la interacción de la persona con el ambiente pueden ser útiles para intervenir en dicha interacción. Gracias a los avances tecnológicos actuales ahora es posible utilizar equipos de registros psicofisiológicos fuera del Página 3 de 132 Neuroergonomía laboratorio para explicar y predecir la conducta de una persona en un contexto real de interacción con el ambiente. Las reticencias que los ergónomos hemos tenido para aplicar los conocimientos de la Neurociencia en nuestro trabajo se han debido fundamentalmente a que nunca hemos querido trabajar alejándonos de los contextos reales en los que se dan los fenómenos que nos interesan. Si el uso de una metodología nos obliga a alejarnos de los contexto natural donde se dan los fenómenos, esa metodología no nos sirve. Una metodología que se pueda usar solo en el laboratorio en un contexto no real no puede ser útil para estudiar fenómenos en el contexto real. La razón fundamental que justifica nuestra postura metodológica es nuestra defensa de una idea metateórica básica: la conducta del ser humano es dependiente del contexto. La experiencia diaria en nuestro trabajo nos dice que cuando intentamos trasladar el conocimiento obtenido en condiciones controladas en un laboratorio ese conocimiento no siempre sirve para explicar la conducta humana en el contexto real donde la persona interactúa con en el ambiente. Afortunadamente, los desarrollos tecnológicos en las técnicas de registros de parámetros neurofisiológicos están permitiendo crear herramientas de investigación que puedan ser utilizadas en los contextos reales. Estos avances tecnológicos son los que ahora nos permiten hablar de Neuroergonomía. Cada vez más los ergónomos disponemos de herramientas de investigación y aplicación con las que se pueden ahora medir muchas variables neurológicas en ambientes aplicados fuera del laboratorio. De esta manera, la Neuroergonomía se está convirtiendo en una disciplina con posibilidades reales para ser aplicada en nuestro trabajo diario. Las dos aportaciones más importantes que la Neuroergonomía puede hacer a nuestro trabajo son: 1. El conocer los correlatos neurológicos de la conducta de las personas en interacción con el ambiente nos puede permitir explicar y predecir mejor los fenómenos que los ergónomos estudiamos. 2. La medición de índices neurológicos on-line durante la realización de las tareas en los ambientes aplicados nos permitirá proponer medidas para evitar los efectos negativos de esta interacción. Considerando todo esto, creo muy importante que los alumnos a los que se les introduce en la disciplina que llamamos Ergonomía dispongan de un texto sobre Neuroergonomía que esté articulado entorno a algunos problemas a los que los ergónomos nos enfrentamos. De esta manera, los alumnos pueden aprender que la Neuroergonomía es una disciplina que soluciona problemas. Además, con este texto, los alumnos aprenderán Página 4 de 132 Neuroergonomía como el desarrollo metodológico y tecnológico actual nos permiten abordar esta solución de problemas con los conocimientos y metodologías de las Neurociencias. Por esta razón, celebro la aparición de este libro que hasta mi conocimiento es el primero que se publica en español sobre Neuroergonomía. Estoy seguro de que los alumnos y los profesionales de la Ergonomía en el ámbito hispano se beneficiarán de su publicación. Granada, 8 de Octubre de 2018 Página 5 de 132 Neuroergonomía Índice general Capítulo 1. Introducción a la Neuroergonomía 11 Capítulo 2. Vigilancia 32 Capítulo 3. Efectos del trabajo por turnos en la salud de las personas mayores 49 Capítulo 4. Diseño de una aplicación para combatir la carga mental en 63 estudiantes universitarios Capítulo 5. Potenciación cognitiva en el envejecimiento mediante estimulación transcraneal directa por corriente continua 80 Capítulo 6. Introducción a las Interfaces Cerebro-Computadora 97 Capítulo 7. Rehabilitación de pacientes con daño cerebral asistida por robots 113 Glosario de términos 129 Página 6 de 132 Neuroergonomía Listado de autores Ángel Correa Torres Mirta Mikac Antonio Jesús Morales Rendón, Dina Bencrimo, Noelia Rodríguez Estrada, Ana Rodríguez Ruiz, David Soler Ortiz, Aurora Trinidad Pérez Fernando Ojedo Collazo Josué Rico Picó Marcelino Romero Rayo Antonio, Mirta, Ángel, Josué, Fernando y Marcelino (de izquierda a derecha), el 5 de abril de 2018 en la Facultad de Psicología de la Universidad de Granada. Página 7 de 132 Neuroergonomía Prólogo La Neuroergonomía es una disciplina reciente que estudia el cerebro humano en relación con la ejecución en el trabajo, el transporte y otros contextos cotidianos. Desde que Raja Parasuraman, padre de la neuroergonomía, editó el primer libro en el año 2008, se han publicado algunos manuales y numerosos artículos científicos en lengua inglesa. Sin embargo, resulta difícil aún encontrar material en español en relación con la neuroergonomía. Este libro pretende cubrir esa laguna de conocimiento. El objetivo de este libro es ofrecer una perspectiva actualizada y rigurosa del campo científico de la Neuroergonomía a un público amplio, que incluye docentes, estudiantes y profesionales de disciplinas como la psicología, la ingeniería, el diseño, la biomedicina, las ciencias de la computación, la inteligencia artificial, la neurociencia y otras ciencias cognitivas. El primer día en mis cursos de Neuroergonomía y de Ergonomía Cognitiva me gusta comenzar con una discusión de noticias de actualidad en relación con la materia. A continuación, intento hacer conscientes a los estudiantes de que, para resolver los problemas que se describen en tales noticias, hay que adoptar un enfoque amplio y multidisciplinar que permita integrar los conocimientos sobre todos los aspectos psicológicos implicados. El conocimiento que los estudiantes han adquirido de forma fraccionada en las diferentes asignaturas de estudios como Psicología requiere ser integrado para comprender la realidad, y para resolver los problemas que se plantean cotidianamente cuando una persona actúa con un sistema y comete errores. Hay una serie de constructos complejos que en ergonomía cobran pleno sentido y que engloban múltiples dimensiones psicológicas, como la vigilancia o la carga mental. Por esta razón intento motivar a mis estudiantes argumentando que la ergonomía cognitiva y la neuroergonomía son ejemplos preciosos de asignaturas, porque presentan una gran oportunidad para “desempolvar” los apuntes de diferentes cursos y ponerlos todos juntos con el objeto de resolver un problema real. Página 8 de 132 Neuroergonomía Este libro plantea una concepción amplia de la ergonomía, cuyo objeto de estudio es la dinámica de interacción entre las personas y un sistema. El objetivo es conseguir que esta interacción sea “cómoda”, de ahí el título del libro. Según la R.A.E., la comodidad se relaciona con la facilidad de uso y la utilidad, con algo necesario para vivir a gusto y con descanso. Estas son las cualidades que deben guiar el diseño ergonómico de los dispositivos que utilizamos los humanos, para que su uso sea fácil, eficiente, seguro y agradable. En relación con las personas, aparte de considerar los sujetos clásicos de la ergonomía (operarios o trabajadores adultos de mediana edad), hemos querido incluir a las personas mayores y los adolescentes, con y sin patologías. En relación con el sistema con el que interactúan las personas, también lo entendemos en un sentido más amplio que el estrictamente laboral, y profundizamos en el diseño de dispositivos que se utilizan en contextos educativos (Capítulo 4) y biomédicos (Capítulos 5 a 7). En este libro he recopilado algunos de los mejores trabajos elaborados por el alumnado de los cursos que he impartido en la Universidad de Granada entre los años 2015 y 2018. El mérito es suyo en gran medida, ya que mi función ha consistido en supervisar el proceso de búsqueda bibliográfica y revisión de la literatura, y en realizar una edición cuidadosa de la redacción de sus trabajos (confieso que mis capítulos también han recibido numerosas correcciones por parte de los estudiantes autores de algún capítulo). La selección de los temas concretos que conforman este libro nace de un proceso de negociación entre el profesor y el alumnado, que comenzaba con mi iniciativa de ofrecerles una serie de temas de actualidad e interés para la neuroergonomía. Conforme los estudiantes adquirían un conocimiento más profundo sobre el tema, iban surgiendo ideas que discutíamos hasta identificar el problema ergonómico que se iba a abordar, y progresivamente perfilábamos los objetivos, el enfoque concreto y el mensaje principal que queríamos transmitir en cada capítulo. Página 9 de 132 Neuroergonomía Por tanto, este libro no pretende cubrir de forma exhaustiva el vasto campo de esta disciplina. Más bien debe entenderse como un material de actualidad y rigor científico que ayude a comprender qué es y para qué sirve la neuroergonomía, a través de ejemplos concretos de aplicaciones para mejorar la seguridad, la salud y el bienestar de los individuos que interactúan con un sistema. De este modo, cada capítulo de este libro ofrece una revisión de la investigación relevante al nivel internacional en relación con un problema clave de la neuroergonomía. Hemos intentado utilizar un lenguaje que resulte comprensible para personas no expertas en el campo, pero sin perder la precisión. Los capítulos se han elaborado siguiendo una estructura formada por los apartados de Introducción (objetivos y justificación de por qué es importante que lo aborde la neuroergonomía), Metodología (con énfasis en las técnicas de registro de la actividad cerebral), Intervención Ergonómica (intentar dar respuesta a cuestiones como: ¿se puede prevenir el problema interviniendo sobre el usuario, por ejemplo mediante entrenamiento o con ayuda de otros dispositivos?), Conclusiones, y Preguntas de Estudio, que pretenden fomentar la curiosidad en el lector. Finalmente hay que destacar el formato tipográfico de este libro, que pretende resultar accesible a todas las personas. Para ello hemos seguido las recomendaciones sobre diseño universal y hemos utilizado la plantilla del curso “Diseño de materiales educativos accesibles” de la Fundación Universia. Si tienes alguna sugerencia o pregunta no dudes en contactar conmigo en la siguiente dirección de correo electrónico: act@ugr.es. Deseo que este libro te resulte útil y agradable como herramienta de aprendizaje. Ángel Correa Torres Profesor Titular de Neuroergonomía y Ergonomía Cognitiva Granada, enero de 2018. Página 10 de 132 Neuroergonomía Neuroergonomía Capítulo 1. Introducción a la Neuroergonomía. Autor: Ángel Correa Torres Página 11 de 132 Neuroergonomía Capítulo 1. Introducción a la Neuroergonomía Índice de Contenidos 1. Antecedentes de la Neuroergonomía. 2. Definición de la Neuroergonomía. 3. Introducción a los métodos de la Neuroergonomía. 4. Aplicaciones de la Neuroergonomía. 5. Formación y dedicación profesional en Neuroergonomía. 6. Conclusiones. 7. Preguntas de estudio. 8. Bibliografía. Página 12 de 132 Neuroergonomía 1. Antecedentes de la Neuroergonomía La Neuroergonomía es una disciplina que nace de la integración entre la neurociencia y la ergonomía. La Ergonomía (tradicionalmente denominada “Factores Humanos” en Estados Unidos, abreviada como “HF/E” – human factors/ergonomics) es una disciplina científica que se ocupa de la comprensión de las interacciones entre los humanos y los demás elementos de un sistema. Por otra parte, la Asociación Internacional de Ergonomía (International Ergonomics Association -IEA, http://www.iea.cc/) enfatiza su carácter aplicado y profesional añadiendo en su definición lo siguiente: “profesión que aplica teoría, principios, datos y métodos al diseño con objeto de optimizar el bienestar humano y el rendimiento global de un sistema”. Estas definiciones enfatizan que la unidad principal de análisis no es el individuo aislado, ni el artefacto o dispositivo con el que interactúa, sino que es la interacción entre la persona y el artefacto. Por otro lado hay que destacar que dicha interacción no se reduce a un dispositivo, sino que alcanza un contexto mucho más amplio, al nivel de sistema. Según se primen determinados aspectos de dicho sistema, podemos diferenciar entre ergonomía física, cognitiva y organizacional. Ese sistema puede ser muy simple, y reducirse a la “interacción” de un humano con una silla, de manera que el problema fundamental a resolver desde la perspectiva de la ergonomía sería cómo diseñar la silla para que el trabajador se encuentre lo más cómodo posible y se puedan prevenir posibles lesiones físicas. Dicho sistema puede incrementar su complejidad si consideramos que muchos puestos de trabajo además requieren una serie de actividades mentales (cognitivas) que se realizan, por ejemplo, mediante un ordenador. Ahora no sólo cobra relevancia la dimensión física (la postura del trabajador, condiciones de ruido e iluminación de la habitación, etc.), sino la dimensión cognitiva. Es decir, nos interesa el diseño de las tareas a realizar y de los programas informáticos a utilizar con el objetivo de que el trabajador se encuentre también cómodo al nivel psicológico, percibiendo que tiene las habilidades y el tiempo necesarios para la Página 13 de 132 Neuroergonomía realizar su tarea de manera efectiva y segura, sin sufrir excesivo estrés o carga mental. Finalmente, se puede ampliar el contexto de dicha interacción hasta el nivel de la organización donde trabajan los individuos. En este sentido, la unidad de análisis no se reduce a puestos de trabajo individuales, sino que se analiza el papel de los trabajadores en relación con el sistema político y social concreto mediante el cual se organiza una empresa o sociedad de trabajadores. Aquí cobran importancia los aspectos de tipo organizativo como el diseño de funcionamiento de dicha empresa, cómo son los turnos de trabajo, cómo es el reparto de tareas, etc. Naturalmente, los ámbitos físico, cognitivo y organizacional muestran una relación de interdependencia. No obstante, en neuroergonomía nos centraremos en la dimensión cognitiva, para ponerla en relación con el cerebro. De acuerdo con la definición propuesta por la Asociación Internacional de Ergonomía, la ergonomía cognitiva se encarga del estudio de los procesos mentales (percepción, memoria, razonamiento y respuestas motoras) implicados en la interacción entre las personas y los demás elementos de un sistema. Dentro de sus contenidos básicos están la carga mental, la toma de decisiones, la ejecución experta, la interacción persona-máquina, la fiabilidad humana, el estrés laboral y el entrenamiento. La metodología básica en ergonomía se basa en el análisis de lo que los individuos nos dicen y hacen. Es decir, se registran medidas subjetivas basadas en cuestionarios y entrevistas. Por ejemplo, podemos preguntarle a un operario que ha de controlar una grúa que nos diga del 1 al 10 cuán dormido se encuentra. Otra valiosa fuente de información proviene del análisis del comportamiento de los trabajadores: por ejemplo, podemos estudiar el efecto de la privación de sueño sobre la ejecución de una tarea de conducción en un simulador en conductores profesionales. Concretamente podríamos cuantificar cuánto tardan en responder ante determinados estímulos (es decir, medidas de tiempo de reacción) o cómo de bien están realizando la tarea de conducción (si se desvían mucho de su carril o si conducen a una velocidad adecuada). Página 14 de 132 Neuroergonomía Sin embargo, la medición de variables subjetivas y comportamentales no siempre proporciona información completa y fiable sobre el estado psicológico de las personas que interactúan con un sistema. Por ejemplo, dos personas pueden realizar una tarea que requiere memorizar listas de números al mismo nivel de ejecución, pero diferir en el nivel de esfuerzo mental alcanzado. Las medidas fisiológicas de activación cerebral aquí cobran especial relevancia, ya que pueden aportar información a tiempo real sobre procesos neurales asociados con el estado psicológico real de los individuos. Siguiendo con el ejemplo, las medidas neurofisiológicas podrían informarnos durante el momento de la ejecución de dicha tarea de memoria si un individuo se encuentra más sobrecargado que el otro, si en su cerebro hay indicios de una situación de estrés que desemboque en un error, etc. En este contexto, a raíz del gran desarrollo de las investigaciones con neuroimagen funcional en la década de 1990 y su aplicación al campo de la ergonomía, surge la disciplina de la Neuroergonomía. La primera publicación sobre neuroergonomía data del año 2003 (Parasuraman, 2003). Desde entonces se han publicado más de 180 artículos científicos que utilizaron la palabra “neuroergonomics” en el título, en el resumen o como palabra clave (consulta realizada en la base de datos Scopus, el 6 de febrero de 2018). La Figura 1.1 muestra una progresión ascendente en el número de publicaciones a lo largo de estos 15 años que ilustra el crecimiento de la neuroergonomía como disciplina. Página 15 de 132 Neuroergonomía Figura 1.1. Tendencia creciente en el número de publicaciones sobre “neuroergonomics” a lo largo del tiempo recogidas en la base de datos Scopus. En la figura se observa que es realmente a partir del año 2007 cuando la Neuroergonomía se afianza como disciplina, coincidiendo con la publicación del primer libro sobre neuroergonomía (Parasuraman y Rizzo, 2007). Desde entonces se han publicado únicamente dos libros (ambos en lengua inglesa) que tratan este tema específicamente (Johnson y Proctor, 2013; Marek, Karwowski y Rice, 2010), lo que indica que aún nos encontramos ante los orígenes de una disciplina reciente. En cualquier caso, este análisis se limita a los casos concretos donde se utilizó el término “neuroergonomics”, mientras que hay otras publicaciones que podrían englobarse en esta disciplina, clasificadas bajo otros términos como ergonomía, psicología aplicada, ingeniería psicológica, neuroingeniería, neurociencia aplicada, factores humanos, cognición aumentada, etc. Aparte de los libros, habría que destacar los artículos de revisión publicados (Berberian, Somon, Sahaï y Gouraud, 2017; Fedota y Parasuraman, 2010; Mehta y Parasuraman, 2013; Parasuraman, 2011; Parasuraman y Wilson, 2008) y los números especiales de revistas científicas (Dehais, Causse y Cegarra, 2017; Gramann, Fairclough, Zander y Ayaz, 2017; Gramann, Jung, Ferris, Lin y Makeig, 2014; Parasuraman, Christensen, y Grafton, 2012). Página 16 de 132 Neuroergonomía La actividad en una disciplina también puede conocerse a partir de la organización de congresos. La primera conferencia internacional se celebró en 2010 en Florida, como parte de la “3rd Applied Human Factors and Applied Ergonomics Conference”. Dos años después se celebró un simposio en un congreso de la International Ergonomics Association (Raja Parasuraman et al., 2012). Tras el triste fallecimiento de Raja Parasuraman en 2015, al año siguiente en París se celebró en su memoria la “1st International Neuroergonomics Conference. The Brain at Work and in Everyday Life” (Figura 1.2). Figura 1.2. Fotografía de Raja Parasuraman, considerado como el padre de la Neuroergonomía. Imagen tomada del programa científico de la 1ª Conferencia Internacional sobre Ergonomía (París, 2016). La sociedad Applied Human Factors and Ergonomics también celebró en los años 2016 y 2017 dos ediciones de la “International Conference on Neuroergonomics and Cognitive Engineering”, cuyos resúmenes posteriormente se publicaron en formato de libro. En 2018 en Filadelfia se consolida este foro científico con la celebración de la “2nd International Neuroergonomics Conference”. Página 17 de 132 Neuroergonomía 2. Definición de la Neuroergonomía Para conocer más concretamente en qué consiste la neuroergonomía podemos analizar los contenidos de los libros y artículos de revisión principales en relación con tres aspectos clave: las funciones psicológicas y fenómenos estudiados, la metodología que se utiliza y las aplicaciones de la neuroergonomía al ámbito tecnológico y profesional. En la Tabla 1.1 se resumen los principales contenidos de la neuroergonomía de acuerdo a los fenómenos, métodos y sus aplicaciones. Tabla 1.1. Contenidos de la neuroergonomía en cuanto a objetos de estudio, métodos y aplicaciones. FENÓMENOS MÉTODOS APLICACIONES Carga de trabajo mental Actigrafía Emoción Conductancia eléctrica de la piel Automatización adaptativa Error humano EEG Entrenamiento Estrés Electrocardiografía Ergonomía física Fatiga mental fMRI BCI Funciones ejecutivas fNIRS Neuroingeniería Multitarea Movimientos oculares Neuroprótesis Navegación espacial TCD Neurorrehabilitación robotizada Percepción y atención TDCS Realidad virtual Sueño y ritmos circadianos Termografía Robots sociales Vigilancia TMS Visión artificial Diseño universal En cuanto a las funciones, la neuroergonomía comparte con la ergonomía cognitiva la consideración de procesos psicológicos básicos típicamente estudiados en los laboratorios de Psicología Experimental como la emoción, la percepción y la atención, o las funciones ejecutivas, en tanto que son factores que intervienen Página 18 de 132 Neuroergonomía cuando las personas utilizan dispositivos en el trabajo y para el ocio. No obstante, los contextos cotidianos presentan una mayor complejidad que las condiciones más simplificadas y controladas del laboratorio, de manera que su abordaje científico también requiere emplear conceptos más complejos. Ejemplos típicos de estos conceptos son la vigilancia y la fatiga mental (que se abordarán en el Capítulo 2), el sueño y los ritmos circadianos (Capítulo 3), el estrés, la multitarea y la carga de trabajo mental (Capítulo 4), y el error humano (Capítulo 6). Los métodos característicos de la neuroergonomía se basan en el registro de variables fisiológicas de la actividad del sistema nervioso central y autonómico (véase apartado 3) y en técnicas de estimulación cerebral, como la estimulación transcraneal directa por corriente continua (Capítulo 5), que surgen a partir de la aplicación pionera de la Estimulación Magnética Transcraneal (TMS en inglés) para la rehabilitación de lesiones cerebrales y el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y de la depresión. Las principales aplicaciones de la neuroergonomía consisten en intervenir sobre el individuo (entrenamiento, potenciación neurocognitiva, rehabilitación, realidad virtual) y sobre los dispositivos que este utiliza (mejorando su diseño, automatizando funciones, desarrollo de interfaces cerebro-computadora –BCI en inglés) para mejorar la seguridad, la eficiencia y el bienestar durante dicha interacción (para más detalles véase Apartado 4). En conclusión, la neuroergonomía utiliza los conocimientos sobre el cerebro para mejorar la interacción entre los humanos y un sistema, con énfasis en el diseño de dispositivos de registro continuo de variables fisiológicas (tasa cardiaca y respiratoria, sudoración, movimientos oculares, actividad cerebral) para detectar y predecir estados psicológicos específicos (somnolencia, fatiga, baja alerta, falta de atención o emociones negativas) que resulten incompatibles con el desempeño de actividades de alto riesgo como el pilotaje de vehículos, el control aéreo o la supervisión de centrales nucleares (Correa, 2008). Página 19 de 132 Neuroergonomía 3. Introducción a los métodos de la Neuroergonomía Los métodos de la neuroergonomía se pueden dividir en técnicas de registro y técnicas de estimulación de la actividad cerebral. Generalmente la neuroergonomía adopta las técnicas clásicas de la neurociencia, como la Resonancia Magnética Funcional (fMRI en inglés), pero con especial interés en aquellas técnicas que son más fácilmente aplicables a contextos fuera del laboratorio, con la idea de estudiar la interacción humano-máquina en su contexto real. Está claro que las condiciones de aplicación de técnicas como la resonancia magnética, donde los sujetos permanecen prácticamente inmóviles dentro de un escáner en el laboratorio, no son las adecuadas para estudiar los procesos cerebrales en estudios de campo (por ejemplo, para conocer el nivel de vigilancia o estrés y carga mental de un conductor de camiones). Por ello, en la metodología neuroergonómica se atiende a criterios prácticos relacionados con su facilidad de administración, el carácter invasivo y el coste económico de su aplicación. En la Figura 1.3 se representan las técnicas principales en relación a la resolución espacial y temporal que permiten, y a su carácter invasivo-práctico. Página 20 de 132 Neuroergonomía Figura 1.3. Técnicas de neuroimagen de aplicación en ergonomía, ordenadas por su resolución temporal, resolución espacial y su carácter invasivo/práctico (codificado por colores). NIRS: near-infrared spectroscopy, TCDS: transcraneal Doppler sonography, EEG: electroencephalography, MEG: magnetoencephalography, fMRI: functional magnetic resonance imaging, PET: positron emission tomography. Imagen adaptada de Parasuraman (2011). La electroencefalografía (EEG) es una técnica con una gran resolución temporal que permite medir cambios de la actividad eléctrica cerebral con precisión de milisegundos (para más detalles véase el Capítulo 6). Además, los sistemas de registro del EEG están evolucionando hacia una mayor portabilidad (ej.: electrodos que se conectan al amplificador sin cables, amplificadores con baterías), lo que permite su aplicación en contextos ergonómicos. En esta línea, merece especial atención la técnica de espectroscopía funcional por luz cercana al infrarrojo (fNIRS, véase una revisión en Ayaz et al., 2013). Para entendernos, es como una resonancia magnética ergonómica, barata. Al igual que la resonancia, mide actividad neural basándose en marcadores del metabolismo del cerebro: asumimos que un área cerebral implicada activamente en la realización de una tarea o función cognitiva consume más oxígeno. De la cantidad de oxígeno que llega a una zona concreta del cerebro asumimos la intensidad o cantidad de actividad. A diferencia de la resonancia, la fNIRS es portátil, más económica y puede no tener cables. Permite la movilidad a los sujetos, por lo que se puede aplicar a personas con trastornos psicológicos o motores, con miedo o claustrofobia, o incluso a bebés. Es una técnica ideal para ergonomía porque permite estudiar la actividad cerebral fuera del laboratorio en estudios de campo, mientras las personas realizan una actividad cotidiana o profesional. No obstante, hay que considerar que esta técnica tiene peor resolución espacial que la RMf y peor resolución temporal que la electroencefalografía, por lo que son parámetros a considerar en función de nuestros objetivos. Página 21 de 132 Neuroergonomía Dentro de las técnicas que miden la actividad del sistema nervioso autónomo, aparece la termografía como una técnica prometedora en neuroergonomía. La temperatura de la piel permite una monitorización continua y ambulatoria durante largos periodos de tiempo. Es una sistema de registro no invasivo, de bajo coste y fácil aplicación, que se ha aplicado al estudio de los ritmos circadianos (Sarabia, Rol, Mendiola y Madrid, 2008). El menor nivel de alerta de una persona suele coincidir con el valor mínimo de temperatura central y máximo de la temperatura distal, en las horas centrales del sueño, entre las 3 y las 6 de la madrugada. Recientemente se ha observado que las fluctuaciones en la temperatura de la piel podrían predecir la ejecución en diversas tareas cognitivas (Lara, Molina, Madrid y Correa, 2018; Molina, Sanabria, Jung y Correa, 2017; Romeijn y Van Someren, 2011). Estos datos sugieren que la temperatura de la piel, por ejemplo combinada con técnicas de registro de actividad motora (actigrafía), es una medida viable para el diseño de dispositivos ergonómicos que evalúen el estado psicológico de las personas cuando se comportan en contextos naturales. En este apartado introductorio se ha pretendido ofrecer una perspectiva general de algunas de las técnicas más utilizadas en neuroergonomía, de una manera no exhaustiva. Algunas de las técnicas obviadas aquí (ej. Sonografía Transcraneal Doppler –TCD, estimulación transcraneal directa por corriente continua -TDCS) se tratan en otras secciones del texto en relación con estudios concretos (Capítulos 2 y 5), por lo que un conocimiento más profundo de sus fundamentos requerirá la consulta de manuales más específicos (ej., Parasuraman y Rizzo, 2007). 4. Aplicaciones de la Neuroergonomía La Neuroergonomía pretende aportar soluciones a diversos problemas cotidianos tanto en el contexto laboral como fuera del mismo. Podemos destacar las aplicaciones para intervenir sobre personas con lesiones cerebrales y trastornos neuropsicológicos, mediante técnicas de estimulación cerebral, entrenamiento y rehabilitación (Capítulo 5). En pacientes con lesiones medulares que han perdido la movilidad, la neuroingeniería está desarrollando neuroprótesis e interfaces cerebroPágina 22 de 132 Neuroergonomía computadora (BCI) que permiten mover prótesis mecánicas con el cerebro y que facilitan la comunicación social en los casos en que la producción del lenguaje está deteriorada (Capítulo 6). Recientemente se está desarrollando una nueva aproximación a la rehabilitación neuropsicológica asistida por un robot, lo que resalta la importancia de considerar los aspectos emocionales y sociales que deben implementarse en los robots que interactúan con humanos, sobre todo cuando estos están enfermos o tienen unas necesidades especiales (Capítulo 7). Aquí se abre un campo de trabajo realmente interesante para los profesionales de la psicología, la psicología robótica y el diseño de robots sociales. El diseño universal es otra aplicación central para la ergonomía. Cuando se diseñan objetos que van a utilizar las personas, es importante que su uso sea eficiente, seguro y agradable (Norman, 1990), tratando de incluir a todas las personas independientemente de su edad o condición física y mental. Por tanto, el diseño universal está potenciando el desarrollo de la ergonomía infantil, así como su aplicación en personas mayores. Los niños y niñas, aunque no encajen en una definición legal de “trabajadores”, también son usuarios cotidianos de instrumentos y tecnología de acceso a la información y el conocimiento. Por otra parte, con el envejecimiento de la población, y dado que los adultos cada vez se jubilan más tarde, es necesario aplicar el diseño ergonómico a un colectivo que progresivamente tiene más edad. En los próximos años probablemente aparecerán aproximaciones más neuroergonómicas que, por ejemplo, aporten información cerebral de la experiencia de usuario cuando se interactúa con objetos diseñados conforme a los principios básicos del diseño universal. 5. Formación Neuroergonomía y dedicación profesional en Encontrar un listado de las universidades del mundo que ofertan formación especializada en Neuroergonomía no es una tarea fácil. No obstante, existen varias estrategias de búsqueda que pueden facilitar esta labor. Se puede buscar a los Página 23 de 132 Neuroergonomía autores (o investigadores) que trabajan en el campo y comprobar a qué organismo (universidad, centro de investigación) están afiliados. Siguiendo con la búsqueda en Scopus mencionada anteriormente, podemos obtener gráficos como el de la Figura 1.4, donde se ordenan los organismos que más han publicado en revistas científicas usando el término “neuroergonomics”. Figura 1.4. Número de publicaciones sobre “neuroergonomics” a lo largo del tiempo recogidas en la base de datos Scopus. No resulta sorprendente que la Universidad George Mason, lugar donde trabajaba Parasuraman, tenga el mayor número de publicaciones en neuroergonomía. Aunque la mayoría de universidades proceden de los Estados Unidos, hay que destacar el segundo puesto de la Universidad de Granada. En Granada trabajan tres grupos de investigación, concretamente, el grupo de Ergonomía Cognitiva dirigido por el Catedrático José J. Cañas Delgado desde el año 1990, el “Neuroergonomics & operator performance lab” dirigido por el Dr. Leandro L. Di Stasi, y el grupo de investigación en Cronoergonomía, dirigido por el autor de este libro. Página 24 de 132 Neuroergonomía Como se ha citado antes, este análisis basado en la utilización del término “neuroergonomics” puede conducir a resultados sesgados, por eso debería complementarse con una búsqueda de otros centros donde trabajan reconocidos investigadores. Tal es el caso del Department of Biological Psychology and Neuroergonomics de la Technische Universität Berlin donde trabaja Klaus Gramann, el Department of Cognitive Neuroscience and Neuroergonomics del Institute of Applied Psychology (Jagiellonian University, Cracovia) donde trabaja Tadeusz Marek, o naturalmente el Center of Excellence in Neuroergonomics, Technology, and Cognition (CENTEC), que actualmente dirige James C Thompson. Hasta el momento no parece que exista un título universitario especialmente dedicado a estudiar la Neuroergonomía, por lo que generalmente se oferta como una asignatura de máster o grado, o como una línea de investigación doctoral dentro de áreas como la Neurociencia, la Psicología, las Ciencias de la Computación, la Medicina o la Ingeniería. La Universidad de Granada es uno de los pocos organismos en el mundo que actualmente ofertan la asignatura de Neuroergonomía en estudios de posgrado, concretamente en el Máster de Neurociencia Cognitiva y del Comportamiento. Salidas profesionales de la Neuroergonomía A lo largo del capítulo se han mencionado diversas opciones para futuros profesionales de la Neuroergonomía de trabajar en la robótica, el diseño de sistemas de comunicación o de neurofeedback basados en las BCI, el entrenamiento y la rehabilitación neuropsicológica, etc. Aparte de estos campos de aplicación no debemos olvidar los tradicionales de la ergonomía. En un Trabajo de Fin de Grado realizado por una de mis estudiantes de Ergonomía Cognitiva (Jurkovičová, 2017), se revisó la literatura para identificar las salidas profesionales en ergonomía para los estudiantes de Psicología. Encontramos tres salidas clásicas en la carrera profesional de un ergónomo: la industria, el sector militar, y la academia (Shapiro, Andre, Agarwal, Artis y Hoeft, 2008). Página 25 de 132 Neuroergonomía En la industria, los ergónomos se encargan de diseñar dispositivos más seguros y adaptar la carga de trabajo para incrementar la fiabilidad humana y el rendimiento. En el sector militar, los ergónomos realizan análisis funcionales, antropométricos y de misiones/tareas, así como evaluaciones empíricas y simulaciones de realidad virtual. En la universidad, los ergónomos generan conocimiento científico y lo transmiten a las nuevas generaciones de ergónomos. Otros sectores que requieren ergónomos profesionales son la medicina, consultoría, diseño de productos, transporte, plantas de energía, comunicaciones, sistemas de ordenadores y envejecimiento. En las aplicaciones médicas, la ergonomía pretende optimizar la efectividad del sistema sanitario, mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidad, analizar y prevenir el error médico, diseñar aparatos biomédicos para mejorar su usabilidad, y mejorar las condiciones laborales de estos profesionales para minimizar el error humano y el absentismo laboral. En empresas que carecen de un departamento de ergonomía, las consultoras proporcionan asesoramiento sobre el diseño ergonómico de productos, interfaces y sistemas de comunicación más eficaces. Los ergónomos también se encargan de diseñar y evaluar los prototipos y la usabilidad de un producto, coordinando la investigación, analizando los datos y adaptando los parámetros del diseño de acuerdo a los resultados obtenidos. En el sector del transporte, los ergónomos participan en el diseño de los vehículos y la infraestructura, ideando procedimientos óptimos y seguros para gestionar el tráfico y tratando de evitar los errores humanos implicados en los accidentes en el tráfico. Los ergónomos además resultan clave para un funcionamiento eficaz y seguro de las plantas de energía, ya que son sistemas muy complejos y que presentan múltiples riesgos, tratando de prevenir accidentes causados por el error humano y por fallos en el sistema. Los ergónomos también diseñan y evalúan las tecnologías de comunicación, la interacción humano– computadora, así como las habilidades cognitivas de las personas mayores para adaptar las tareas y productos a sus capacidades y necesidades. Como conclusión, mencionaremos algunos consejos para ayudar a los estudiantes a encontrar trabajo y aprovechar al máximo su formación universitaria, Página 26 de 132 Neuroergonomía realizados por varios ergónomos profesionales en las conferencias anuales de la Human Factors and Ergonomics Society (Shapiro, Andre, Beith, Endsley y Naga, 2006; Shapiro et al., 2000): 1. Actualizar el currículo a medida que se avanza en los estudios, haciendo hincapié en las competencias y habilidades adquiridas, que también pueden exponerse en una web personal (profesional). 2. Formar una red de contactos profesionales lo antes posible, tanto con otros compañeros de estudio (que en un futuro podrían ser compañeros de trabajo), como con los profesores. 3. Ampliar esta red de trabajo haciéndose miembro de asociaciones profesionales y asistir a conferencias para conocer a expertos en el campo. 4. Hacer prácticas en empresas. Normalmente las empresas demandan tener experiencia previa, que puede adquirirse a través de dichas prácticas; además, tras finalizar el periodo de prácticas podría surgir una contratación. 5. A la hora de buscar trabajo es aconsejable explorar los portales empleabilidad especializados, como www.hfcareers de o www.hfes.org/web/CareerCenter/placement.aspx, las asociaciones locales de ergónomos y hacer uso de otros portales de trabajo internacionales como LinkedIn. 6. Es importante tener en cuenta que los puestos para ergónomos comúnmente aparecen bajo una variedad de palabras clave diferentes a “factor humano” o “ergonomía” (ej., interaction designer, user experience engineer), por lo que habría que utilizar diversas palabras clave relacionadas. 6. Conclusiones La Neuroergonomía es una disciplina reciente que surge de la aplicación de los conocimientos del cerebro a la ergonomía. En ergonomía es importante considerar los aspectos físicos, cognitivos y sociales de la interacción entre los humanos y los sistemas de trabajo (y de ocio). Se estudian temas como la vigilancia y la fatiga Página 27 de 132 Neuroergonomía mental, el sueño y los ritmos circadianos, la carga de trabajo mental y el error humano. Como en otras disciplinas psicológicas, la metodología para conocer el estado psicológico de un individuo implica la medición de variables a diferentes niveles, incluyendo el subjetivo, el fisiológico y el comportamiento. Características importantes a considerar de las técnicas en neuroergonomía es su carácter práctico y no invasivo, portabilidad, facilidad de uso y coste económico, de manera que permitan su aplicación en estudios de campo. Entre ellas destacan el EEG y la espectroscopía por luz cercana al infrarrojo. Entre las aplicaciones de la neuroergonomía podemos destacar las intervenciones con técnicas de estimulación cerebral (estimulación transcraneal directa por corriente continua), entrenamiento y rehabilitación de pacientes neurológicos, y el desarrollo de neuroprótesis e interfaces cerebro-computadora (BCI) que permiten mover prótesis mecánicas con el cerebro y facilitan la comunicación cuando el lenguaje o las funciones motoras están dañadas. 7. Preguntas de estudio  ¿Qué aporta añadir el prefijo “neuro-“ a la “ergonomía”? ¿Crees que supone un añadido relevante o simplemente se trata de una moda más de la era “neuro”?  Consulta el Programa Científico de una conferencia de neuroergonomía y describe dos temáticas de conferencias (o pósters) que te hayan llamado la atención.  Realiza una búsqueda en un portal de trabajo especializado en ergonomía y describe dos ofertas de trabajo que encuentres. 8. Bibliografía Ayaz, H., Onaral, B., Izzetoglu, K., Shewokis, P. A., McKendrick, R. y Parasuraman, R. (2013). Continuous monitoring of brain dynamics with functional near Página 28 de 132 Neuroergonomía infrared spectroscopy as a tool for neuroergonomic research: empirical examples and a technological development. Frontiers in Human Neuroscience, 7, 871. Berberian, B., Somon, B., Sahaï, A. y Gouraud, J. (2017). The out-of-the-loop Brain: A neuroergonomic approach of the human automation interaction. Annual Reviews in Control, 44, 303–315. Correa, A. (2008). Neurociencia aplicada: el cerebro al servicio de la humanidad. Ciencia Cognitiva: Revista Electrónica de Divulgación, 2(1), 38–40. Dehais, F., Causse, M. y Cegarra, J. (2017). Neuroergonomics: measuring the human operator’s brain in ecological settings. Le Travail Humain, 80(1), 1–6. Fedota, J. R. y Parasuraman, R. (2010). Neuroergonomics and human error. Theoretical Issues in Ergonomics Science, 11(5), 402–421. Gramann, K., Fairclough, S. H., Zander, T. O. y Ayaz, H. (2017). Editorial: Trends in Neuroergonomics. Frontiers in Human Neuroscience, 11. Gramann, K., Jung, T.-P., Ferris, D. P., Lin, C.-T. y Makeig, S. (2014). Toward a new cognitive neuroscience: modeling natural brain dynamics. Frontiers in Human Neuroscience, 8. Johnson, A. y Proctor, R. W. (Eds.). (2013). Neuroergonomics: A Cognitive Neuroscience Approach to Human Factors and Ergonomics. Basingstoke: Palgrave. Jurkovičová, V. (2017). Salidas profesionales en ergonomía para psicólogos. Trabajo de Fin de Grado. Universidad de Granada. Lara, T., Molina, E., Madrid, J. A. y Correa, Á. (2018). Electroencephalographic and skin temperature indices of vigilance and inhibitory control. Psicológica, 39(2), 223–260. Marek, T., Karwowski, W. y Rice, V. (2010). Advances in Understanding Human Performance: Neuroergonomics, Human Factors Design, and Special Página 29 de 132 Neuroergonomía Populations. Boca Raton, FL: CRC Press. Mehta, R. K., & Parasuraman, R. (2013). Neuroergonomics: a review of applications to physical and cognitive work. Frontiers in Human Neuroscience, 7. https://doi.org/10.3389/fnhum.2013.00889 Molina, E., Sanabria, D., Jung, T.-P. y Correa, A. (2017). Electroencephalographic and peripheral temperature dynamics during a prolonged psychomotor vigilance task. Accident Analysis & Prevention. Norman, D. A. (1990). La psicología de los objetos cotidianos. San Sebastián: Editorial Nerea, S.A. Parasuraman, R, Christensen, J. y Grafton, S. (2012). Neuroergonomics: The brain in action and at work. NeuroImage, 59(1), 1–3. Parasuraman, R. y Rizzo, M. (2007). Neuroergonomics: The brain at work. New York: Oxford University Press. Parasuraman, R. (2003). Neuroergonomics: Research and practice. Theoretical Issues in Ergonomics Science, 4(1–2), 5–20. Parasuraman, R.. (2011). Neuroergonomics Brain, Cognition, and Performance at Work. Current Directions in Psychological Science, 20(3), 181–186. Parasuraman, R., Baldwin, C. L., Knott, B., Warm, J. S., Finomore, V., BoehmDavis, D. y Galster, S. M. (2012). Symposium: Neuroergonomics, technology, and cognition. Work, 41(Supplement 1), 5167–5171. Parasuraman, R. y Wilson, G. F. (2008). Putting the brain to work: neuroergonomics past, present, and future. Human Factors, 50(3), 468–474. Romeijn, N. y Van Someren, E. J. W. (2011). Correlated fluctuations of daytime skin temperature and vigilance. Journal of Biological Rhythms, 26(1), 68–77. Sarabia, J. A., Rol, M. A., Mendiola, P. y Madrid, J. A. (2008). Circadian rhythm of wrist temperature in normal-living subjects A candidate of new index of the circadian system. Physiology & Behavior, 95(4), 570–580. Página 30 de 132 Neuroergonomía Shapiro, R. G., Andre, A. D., Agarwal, A., Artis, S. y Hoeft, R. M. (2008). “The Real World” HF/E: Understanding the Realities of Your First Professional Job. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting, 52(22), 1805–1809. Shapiro, R. G., Andre, A. D., Beith, B. H., Endsley, M. R. y Naga, J. T. B. (2006). Preparing for Your Career: Learn from the past 50 Years as You Prepare for the Next 50. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting, 50(21), 2301–2305. Shapiro, R. G., Andre, A. D., Lund, A. M., Fox, J. E., Watts-Perotti, J. y Fadden, S. (2000). Establishing a Human Factors Career in the New Millennium: Answers to Frequently Asked Questions. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting, 44(34), 391–391. Página 31 de 132 Neuroergonomía Neuroergonomía Capítulo 2. Vigilancia Autor: Ángel Correa Torres Página 32 de 132 Neuroergonomía Capítulo 2. Vigilancia Índice de Contenidos 1. Introducción 2. Tareas de vigilancia 3. Teorías sobre la vigilancia 4. Medición y monitorización de la vigilancia 5. Conclusiones 6. Preguntas de estudio 7. Bibliografía Página 33 de 132 Neuroergonomía 1. Introducción Probablemente la mayoría de nosotros hemos experimentado alguna vez que nuestro nivel de atención aumenta súbitamente al escuchar una alarma de incendios, que la atención decae tras realizar una tarea monótona durante un rato, o que resulta difícil atender a las explicaciones del profesorado cuando las clases son por la mañana muy temprano o a la hora de la sobremesa. Estos ejemplos cotidianos ilustran que nuestra habilidad para atender a los estímulos es limitada y no permanece constante, sino que experimenta oscilaciones a lo largo del tiempo. Comprender e intentar predecir las fluctuaciones de la atención es un objetivo de la Psicología que tiene implicaciones relevantes para la mejora de la salud y el bienestar social, como por ejemplo la prevención de accidentes que ocurren debido a un lapso o fallo transitorio de la atención. Las fluctuaciones de la atención han sido objeto de estudio desde los inicios de la Psicología Experimental. Por ejemplo: ¿Cuál sería la duración máxima que podría tener un día de escuela sin que el alumnado empeorara su nivel de ejecución y aprendizaje? Investigadores como Ebbinghaus o Kraepelin ya se planteaban estas cuestiones en torno al año 1890. Más concretamente en el campo de la atención, otras investigaciones informaron de que la percepción de tonos de una intensidad muy débil, cercana al umbral de detección auditiva, oscilaba entre estados subjetivos de detección y no detección. Nicolai Lange (1887) demostró que tales oscilaciones eran causadas por fatiga de la atención. Estos hallazgos ponen de manifiesto dos dimensiones fundamentales de la atención: intensidad y temporalidad. La vigilancia es definida en términos de ambas dimensiones, como la habilidad de los organismos para mantener su foco de atención y permanecer alerta durante largos periodos de tiempo (véase Warm, Parasuraman y Matthews, 2008, para una revisión). Llegados a este punto, podríamos plantearnos por qué los psicólogos hemos de estudiar la vigilancia, para qué es importante su estudio. El estudio de la vigilancia cobra gran importancia si consideramos cómo los avances tecnológicos Página 34 de 132 Neuroergonomía han transformado el papel de los trabajadores en la sociedad actual. La progresiva automatización de procesos nos convierte en vigilantes y supervisores de la correcta ejecución de dichas rutinas por parte de las máquinas (Sheridan, 1980). Como veremos a continuación, las actividades humanas que han recibido más investigación desde la vigilancia suelen tener en común el hecho de que un fallo de la atención implicaría graves consecuencias para la salud de las personas. Algunos ejemplos de estas actividades son: monitorización de pacientes hospitalizados, pilotaje de aviones y trenes, transporte de mercancías peligrosas, vigilancia militar, control en centrales nucleares, control del tráfico aéreo, inspección de seguridad en aeropuertos, etc. 2. Tareas de vigilancia El estudio de la vigilancia recibió un gran impulso durante la II Guerra Mundial, mediante investigaciones que pretendían esclarecer por qué los operarios de radar aéreo y de sónar submarino fallaban en su tarea de detectar las débiles señales en sus pantallas que indicaban la presencia del enemigo. Mackworth (1948) diseñó el “Test del Reloj”, una tarea para medir vigilancia en el laboratorio que simulaba el papel de un operario que vigila la pantalla de un radar. En el test del reloj, los participantes deben atender durante dos horas a un estímulo que se mueve dando pequeños saltos alrededor de una circunferencia (como la aguja que marca los segundos en un reloj). De vez en cuando se presentaba la “señal” (o “estímulo objetivo”) que los participantes han de detectar, y que consistía en que ese estímulo daba un salto un poco más grande de lo normal. Así, el test del reloj incluye los dos ingredientes esenciales de las tareas clásicas de vigilancia que las convierten en tareas extremadamente monótonas: su larga duración y la baja frecuencia con la que ocurre la señal. Estas investigaciones revelaron que los lapsos en la detección de señales ocurrían con mayor frecuencia conforme más tiempo llevaran los operarios realizando la tarea. A este resultado se le conoce como “decremento de vigilancia”. Concretamente, el porcentaje de señales que no eran detectadas incrementaba Página 35 de 132 Neuroergonomía para cada uno de los 4 bloques sucesivos de media hora que duraba la tarea. Igualmente relevante fue el descubrimiento de que este decremento de vigilancia ocurría mucho más pronto de lo que se sospechaba en un principio. Tras sólo media hora realizando el test del reloj, Mackworth encontró que la exactitud de los participantes en detectar señales caía hasta un 15%. Gracias al gran desarrollo de la informática, actualmente es posible utilizar simuladores para estudiar la vigilancia en el laboratorio de forma más segura y con mayor control experimental. Por ejemplo, para tareas de investigación y de entrenamiento, se pueden utilizar simuladores de pilotaje de aviones, de conducción de vehículos o de trenes. Estos simuladores presentan un amplio rango en cuanto al grado de fidelidad con la que simulan la realidad, desde sencillos videojuegos de ordenador (como el que aparece en la Figura 2.1), hasta simuladores sofisticados que utilizan coches reales movidos por un sistema de plataformas. Figura 2.1. Simulador de conducción con registro simultáneo del electroencefalograma (EEG) utilizado en la Universidad de Granada. Página 36 de 132 Neuroergonomía Los simuladores de conducción que se emplean para el estudio de la vigilancia generalmente presentan carreteras monótonas, donde se mide la habilidad para mantener la atención y corregir la trayectoria del vehículo ante eventos inesperados, como una ráfaga de viento que desplaza lateralmente el coche. Por ejemplo, en un estudio de Correa y colaboradores (2014), los participantes tenían que conducir un coche a una velocidad constante (100 Km/h) siguiendo una línea central de color verde a lo largo de un circuito con forma de óvalo. Al cabo de unas cuantas vueltas al circuito se observó un claro decremento de vigilancia, que se refleja en un incremento del error de posición del coche, es decir, a los participantes cada vez les costaba más trabajo evitar que el coche se desviara de la trayectoria objetivo. Figura 2.2. Decremento de vigilancia en una tarea de simulación de conducción a través del tiempo en tarea. En la gráfica se observa que conforme más vueltas se da al circuito, el error de posición del coche, medido en puntuaciones típicas, incrementa (adaptado de Correa, Molina y Sanabria, 2014). Más recientemente, la vigilancia también se ha estudiado con tareas de tiempo de reacción. Estas presentan dos ventajas respecto a las tareas clásicas descritas anteriormente. Primero, dado que la utilización de tareas experimentales de tan larga duración para medir vigilancia no siempre es posible, hay un creciente interés por el uso de tareas más cortas tanto en investigación básica como en Página 37 de 132 Neuroergonomía contextos aplicados a la clínica y la ergonomía (Ruz et al., 2011). Además, permiten estudiar con una mayor resolución temporal las fluctuaciones rápidas de la atención que ocurren en unos pocos segundos, ya que registran un mayor número de respuestas por unidad de tiempo. Ejemplos de estas tareas son el Test de Ejecución Continua (Continuous Performance Test - CPT; Conners, Epstein, Angold y Klaric, 2003), utilizado ampliamente para el diagnóstico del trastorno por déficit de atención e hiperactividad; la Tarea de la Atención Sostenida a la Respuesta (Sustained Attention to Response Task - SART; Robertson, Manly, Andrade, Baddeley y Yiend, 1997), utilizada en pacientes con lesión en el lóbulo frontal, o el Test de Vigilancia Psicomotora (Psychomotor Vigilance Test - PVT; Lim y Dinges, 2008), que sirve para medir el efecto de la privación de sueño. El Test de Vigilancia Psicomotora consiste en una tarea de tiempo de reacción simple, cuya característica principal es que el estímulo objetivo aparece de forma impredecible en el tiempo (tras un intervalo aleatorio entre 2 y 10 segundos). Entre las ventajas de esta tarea se encuentran su facilidad de administración (un simple teléfono móvil sería suficiente), su brevedad (10 minutos en la versión estándar, que puede acortarse a 3 minutos), apenas muestra efectos de aprendizaje (conveniente para administraciones repetidas), muestra una alta fiabilidad test-retest y una gran sensibilidad a la privación de sueño, fármacos estimulantes y variaciones circadianas del nivel de alerta. 3. Teorías sobre la vigilancia La vigilancia, al igual que ocurre con otras funciones psicológicas, es un concepto complejo y difícil de capturar en una sola definición. Así, es comprensible que a lo largo de la historia hayan surgido diferentes teorías que intentan explicarla. Como veremos a continuación, las teorías van surgiendo como solución a problemas explicativos de sus predecesoras. Por tanto, es importante conocer las diferentes teorías ya que cada una enfatiza un conjunto de factores que son relevantes para entender la vigilancia. En este capítulo nos centraremos en la teoría de la activación, la teoría de los recursos y la teoría de la distracción. Página 38 de 132 Neuroergonomía  Teoría de la activación o arousal. Esta teoría establece que el nivel de vigilancia de los individuos depende de su nivel de arousal o activación psicofisiológica. El Locus Coeruleus, núcleo productor de norepinefrina (también llamada noradrenalina) localizado en el tronco cerebral, tiene un papel clave (junto con la formación reticular y proyecciones ascendentes del tálamo) en la regulación de los procesos de vigilia y del estado de alerta. En su formulación más simple, esta teoría sostiene que la naturaleza monótona y repetitiva de las tareas de vigilancia reduce la activación del sistema de vigilia Locus Coeruleus-Norepinefrina. Esto produciría una hipoactivación general del sistema nervioso que se refleja en un empeoramiento progresivo de la ejecución a lo largo de la tarea. En otras palabras, la hipoestimulación característica de las tareas clásicas de vigilancia produce una hipoactivación progresiva en el cerebro que se refleja en el comportamiento como el típico efecto de decremento de vigilancia. Una evidencia a favor de la relación entre activación y ejecución en tareas de vigilancia es la Ley de Yerkes-Dodson (1908). Estos autores realizaron una serie de experimentos que demostraron que el nivel de activación determinaba la capacidad de aprendizaje. Concretamente, la activación se manipuló mediante la intensidad de una descarga eléctrica que proporcionaban a una muestra de roedores cuando entraban en el compartimento que debían aprender a evitar. La tarea consistía en discriminar dos compartimentos que diferían en cuanto a la cantidad de luz que tenían (el más claro no llevaba descarga asociada mientras que el más oscuro sí). El descubrimiento principal consistió en que la dificultad de la tarea determinaba la relación entre activación y ejecución. Una tarea sencilla (discriminar entre compartimentos blanco y negro) se realizaba mejor conforme mayor era el nivel de activación. Sin embargo, un exceso de activación deterioraba el nivel de ejecución cuando se realizaban tareas más difíciles (discriminar entre dos compartimentos de color gris muy parecido). La investigación de Yerkes y Dodson muestra que no hay una relación única entre activación y ejecución, sino que esta depende de factores como las Página 39 de 132 Neuroergonomía características de la tarea. Esto sugiere que la vigilancia no es un concepto simple ni unitario. Como consecuencia, surgen un conjunto de teorías sobre la vigilancia que se diferencian entre sí en términos de los factores concretos que enfatizan. A continuación veremos una teoría que intenta especificar con mayor precisión qué querían decir Yerkes y Dodson cuando se referían a una tarea fácil frente a una tarea difícil.  Teoría de los recursos atencionales. De acuerdo al modelo de recursos de Kahneman (1973), la atención (por ende la vigilancia) se entiende como un conjunto limitado de recursos energéticos que determina la capacidad de trabajo mental. Estos recursos dependen de la cantidad general de activación del organismo. El aspecto central del modelo consiste en explicar cómo se reparte ese esfuerzo, es decir, cómo se asignan los recursos atencionales a las diferentes tareas. Para ello se consideran dos elementos básicos: la evaluación de las demandas de capacidad y la política de distribución de recursos. La política de distribución de recursos tiene en cuenta varios factores como las disposiciones estables del organismo (ej. automatismos) y las intenciones transitorias (ej. motivación). Esta política, en combinación con un proceso de evaluación de demandas de capacidad que considera la cantidad de energía disponible, es lo que regula el reparto de energía entre diferentes tareas. Por ejemplo, si una tarea es sencilla y equivocarse no implica graves consecuencias, la política de distribución no asignará muchos recursos energéticos para su realización. Por el contrario, si la tarea no está automatizada, hay una fuerte motivación para su desempeño óptimo y además hay una cantidad adecuada de energía disponible, la política de distribución de recursos consistirá en un incremento en la asignación de energía para la realización de dicha tarea. En otras palabras, este modelo funcionaría como un termostato, donde la regulación de la energía mental se produce a partir de un mecanismo de retroalimentación que incluye una comparación entre las demandas de las condiciones actuales y las condiciones objetivo. Página 40 de 132 Neuroergonomía Sin embargo, las primeras concepciones unitarias sobre la vigilancia no podían explicar algunos resultados de investigaciones donde una misma persona realizaba muy bien una tarea de vigilancia y su ejecución no tenía ninguna relación con la ejecución en otra tarea de vigilancia. Así, en los años 80 se cambió a considerar que la vigilancia dependía de los diferentes procesos cognitivos que demandaba específicamente cada tipo de tarea. En un principio, esto complicaba el gran sueño de los investigadores de predecir y controlar la ejecución en tareas de vigilancia. Para resolver esto, investigadores como Parasuraman y Davies (1977) realizaron una clasificación de todas las tareas de vigilancia en función de la cantidad de recursos atencionales que demandan. A partir de este trabajo de revisión concluyeron que el decremento de vigilancia durante la realización de una tarea es mayor cuanto más recursos atencionales demanda dicha tarea. Obsérvese el contraste entre ambas teorías a la hora de explicar el fenómeno del decremento en vigilancia. Por un lado, la teoría del arousal consideraba que el decremento en vigilancia se debía a una hipoactivación fisiológica causada por las características hipoestimulantes de este tipo de tareas. Por el contrario, esta nueva teoría considera que determinadas tareas de vigilancia demandan tal cantidad de recursos que acaban por sobrecargar el sistema cognitivo y agotar sus recursos disponibles para realizar la tarea, dando lugar a un decremento progresivo en la ejecución. A pesar de que este debate aún no está resuelto, a continuación veremos un ejemplo de teoría que permite integrar ambas posturas.  Teoría de la distracción Una de las características principales de esta teoría es el concepto de lapso, distracción o fallo transitorio de la atención. Este concepto es importante porque implica que las fluctuaciones en el nivel de vigilancia pueden ocurrir a escalas temporales mucho más pequeñas de lo que se pensaba. En la vida cotidiana probablemente todos hemos experimentado lapsos atencionales, por ejemplo, echarle sal al café. Según esta teoría, para cometer estos errores de ejecución no es necesario llevar ni media hora ni dos horas seguidas realizando una misma tarea monótona de vigilancia. Página 41 de 132 Neuroergonomía Los lapsos pueden ocurrir por la intrusión de pensamientos distractores que no están relacionados con la ejecución de la tarea objetivo, o por un desenganche periódico de nuestro foco de atención; en otras palabras, por una bajada momentánea, en cuestión de segundos, del sistema de control atencional. Por tanto, de acuerdo a la escala temporal donde ocurren los decrementos o fallos de la vigilancia, podemos distinguir entre aspectos más tónicos (entre minutos y horas) o más fásicos (de segundos a minutos) de la vigilancia, también denominados como “atención sostenida” o “alerta” (e.g., Posner, 1978). Esta teoría comparte con la del arousal que la naturaleza repetitiva y monótona de la estimulación produce una habituación, y comparte con la teoría de los recursos que dicho “aletargamiento” puede controlarse de forma intencional, es decir, asignando más recursos de control atencional. En el apartado siguiente veremos evidencia fisiológica en favor de las fluctuaciones rápidas de la atención que postula la teoría de la distracción. 4. Medición y monitorización de la vigilancia Recordemos que un objetivo fundamental de la investigación en vigilancia es la predicción y el control de la ejecución de actividades que requieren mantener un nivel de atención óptimo para su realización de forma eficaz y segura. Para ello, el primer paso consiste en conocer cómo se puede medir el nivel de vigilancia.  Medidas subjetivas En las medidas subjetivas, el individuo informa a través de cuestionarios acerca de cómo percibe su propio nivel de vigilancia. Podemos destacar la Escala Analógica Visual (VAS), la Escala de Somnolencia de Stanford (SSS) y la de Karolinska (KSS). La Escala Analógica Visual consiste en una línea de 100 mm en cuyos extremos aparecen los términos “somnolencia extrema” y “alerta plena”, para que el sujeto marque el punto de dicho continuo que mejor refleje su estado actual (Monk, 1989). Su rápida administración la convierte en un instrumento útil para estudiar Página 42 de 132 Neuroergonomía cambios de activación de un individuo con gran resolución temporal, ya que se puede administrar de forma repetida en cortos intervalos de tiempo. La Escala de Somnolencia de Stanford (SSS; Hoddes, Zarcone, Smythe, Phillips y Dement, 1973) y la Escala de Somnolencia de Karolinska (KSS; Akerstedt y Gillberg, 1990) consisten en un conjunto de ítems que describen diferentes estados de vigilancia (“relajado, despierto, no en alerta plena”) de los cuales el individuo ha de escoger el que mejor representa su estado actual. Es interesante destacar que la KSS muestra una fuerte correlación con medidas objetivas de somnolencia basadas en el EEG de individuos privados de sueño que realizaban una tarea de conducción simulada (Horne y Baulk, 2004). Finalmente, de acuerdo a la teoría de la distracción, parece lógico usar cuestionarios que miden la disposición estable de las personas a cometer fallos y lapsos de atención, por ejemplo, el Cuestionario de Fallos Cognitivos (Cognitive Failures Questionnaire - CFQ; Broadbent, Cooper, FitzGerald y Parkes, 1982). También se han reportado correlaciones significativas entre la puntuación del CFQ y la ejecución en la tarea SART (Robertson et al., 1997). La tarea SART consiste en responder rápidamente a una serie aleatoria de números del 1 al 9, con la condición de que los participantes deber inhibir su respuesta cuando el número presentado es el “3”. Concretamente, personas con alta puntuación en el cuestionario, y por tanto con fuerte tendencia a la distracción y a experimentar lapsos de atención, cometían más errores en la condición en que tenían que inhibir una respuesta inapropiada.  Movimientos oculares Las variaciones en el estado de vigilancia se han relacionado con la tasa y la duración de los parpadeos, con la duración con que se mantienen los párpados semicerrados (cubriendo la pupila) y con movimientos oculares lentos que preceden al inicio de la Fase I del sueño (Thorpy y Billiard, 2011). Actualmente hay un gran auge en el diseño de dispositivos fiables, económicos y sencillos de llevar para aplicarlos a tareas cotidianas. Por ejemplo, en la industria automovilística se Página 43 de 132 Neuroergonomía podría aplicar como un sistema de seguridad vial que permita prevenir accidentes causados por fatiga o somnolencia al volante. Aparte de la investigación en vigilancia, esta técnica presenta multitud de aplicaciones importantes, tales como estudiar la carga de trabajo en los controladores aéreos (Marchitto, Benedetto, Baccino y Cañas, 2016), o para mejorar el diseño de dispositivos de presentación de información visual.  Medidas de activación cerebral La medición de la actividad cerebral con técnicas de alta resolución como la electroencefalografía (EEG) es importante en este contexto porque puede proporcionar información a tiempo real de estados neurales relacionados con la eminente ocurrencia de un lapso de la atención. Un resultado clásico muestra que la actividad oscilatoria del cerebro refleja variaciones en arousal (Santamaria y Chiappa, 1987), de modo que la señal del EEG representa uno de los marcadores fundamentales de las fluctuaciones en vigilancia. Por ejemplo, Makeig y Jung (1996) encontraron incrementos en la potencia de los ritmos EEG en la banda de frecuencias theta (4-5 Hz) hasta unos 10 segundos antes de que se produjera un lapso en detectar un estímulo auditivo en una tarea de vigilancia clásica (detección de un sonido infrecuente). Por otro lado, O’Connell y colaboradores (2009) encontraron una mayor actividad alfa (8-14 Hz) en electrodos parietales hasta 20 segundos previos a la comisión de un error, en una tarea de vigilancia donde había que monitorear la duración de una sucesión de eventos. Aplicando Análisis de Componentes Independientes (ICA) al EEG registrado durante la tarea PVT y una tarea de conducción simulada en nuestro laboratorio hemos replicado una relación positiva entre mayores tiempos de reacción (peor vigilancia) y la potencia de los ritmos alfa, theta y beta en áreas de la red por defecto (componentes parietooccipital, centro-medial y frontal; Molina, Sanabria, Jung y Correa, 2017). Con técnicas de neuroimagen por Resonancia Magnética funcional (RMf), Eichele y cols. (2008) encontraron que la comisión de errores podía ser predicha con una antelación de 20 segundos basándose en decrementos en la desactivación Página 44 de 132 Neuroergonomía de áreas relacionadas con la “red por defecto” y por decrementos en la activación de áreas de la red implicada en el mantenimiento de la atención a la tarea. Sin embargo, como se comentó en el apartado de métodos, la RMf no es una técnica adecuada para realizar estudios de campo. La Sonografía Transcraneal Doppler (TCD), en cambio, es un sistema portátil y relativamente barato que puede resultar útil para medir vigilancia en contextos aplicados fuera del laboratorio. Usando esta técnica, Shaw et al. (2013) midieron la velocidad del flujo sanguíneo cerebral a una muestra de 30 participantes que realizaban una tarea clásica de detección de señales (N = 10), una tarea SART (N = 10) o una condición control de no tarea (N = 10). Encontraron que la velocidad del flujo cerebral disminuía selectivamente conforme empeoraba la ejecución a lo largo del tiempo en tarea, en línea con el fenómeno del decremento de vigilancia. Este resultado sugiere que la velocidad del flujo sanguíneo cerebral puede utilizarse como un índice de la cantidad de recursos cognitivos disponibles, de acuerdo a la teoría de los recursos. Con la medición de la temperatura periférica, en nuestro laboratorio hemos encontrado una relación con la ejecución de tareas de vigilancia. Concretamente observamos que un mayor gradiente distal-proximal (diferencia entre la temperatura distal de la muñeca menos la temperatura proximal infraclavicular, véase Capítulo 1) se relaciona con tiempos de reacción mayores en el Test de Vigilancia Psicomotora (Molina et al., 2017) y con peor inhibición en la Tarea de la Atención Sostenida a la Respuesta (SART). El incremento del gradiente distalproximal se ha asociado a un mecanismo de inducción del sueño mediante la bajada de la temperatura central, y por tanto con más somnolencia y menos vigilancia (Lara, 2017). 5. Conclusiones El registro de medidas subjetivas es una técnica que los profesionales de la Neuroergonomía deben conocer y que pueden usar para evaluar el nivel de vigilancia de los individuos. No obstante, hemos de tener en cuenta que estas medidas por sí solas no tienen una fiabilidad absoluta. Como ocurre con el resto de Página 45 de 132 Neuroergonomía técnicas que se han descrito para estimar la vigilancia, no existe la “técnica de oro” que nos permita evaluar la en todos los casos y de forma infalible. Es por tanto nuestra responsabilidad como profesionales de la Neuroergonomía conocer el amplio rango de instrumentos y sus condiciones de aplicación, con objeto de diseñar la combinación específica de medidas que mejor se ajuste a cada situación en particular. 6. Preguntas de estudio  Describe tres actividades o trabajos que demanden un buen mantenimiento de la vigilancia.  Piensa en qué factores pueden determinar el nivel de vigilancia de una persona.  ¿Qué ventajas e inconvenientes puede tener el hecho de que nuestra atención no quede permanentemente enfocada hacia el mismo objeto o tarea? 7. Bibliografía Correa, A. (2008). Neurociencia aplicada: el cerebro al servicio de la humanidad. Ciencia Cognitiva: Revista Electrónica de Divulgación, 2, 38–40. Finomore, V., Matthews, G., Shaw, T., y Warm, J. (2009). Predicting vigilance: a fresh look at an old problem. Ergonomics, 52, 791–808. Horne, J. A., y Baulk, S. D. (2004). Awareness of sleepiness when driving. Psychophysiology, 41, 161–165. Lara, T. (2017). Influencia circadiana y marcadores fisiológicos en una tarea de vigilancia e inhibición de respuesta (Tesis Doctoral). Universidad de Granada, Granada. http://digibug.ugr.es/handle/10481/48775. Lim, J., y Dinges, D. F. (2008). Sleep deprivation and vigilant attention. Annals of the New York Academy of Sciences, 1129, 305–322. Mackworth, N. H. (1948). The breakdown of vigilance during prolonged visual Página 46 de 132 Neuroergonomía search. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 1, 6–21. Marchitto, M., Benedetto, S., Baccino, T., y Cañas, J.J. (2016). Air traffic control: Ocular metrics reflect cognitive complexity. International Journal of Industrial Ergonomics, 54, 120–130. Molina, E., Sanabria, D., Jung, T.-P., y Correa, A. (2017). Electroencephalographic and peripheral temperature dynamics during a prolonged psychomotor vigilance task. Accident Analysis & Prevention. https://doi.org/10.1016/j.aap.2017.10.014. O’Connell, R. G., Dockree, P. M., Robertson, I. H., Bellgrove, M. A., Foxe, J. J., y Kelly, S. P. (2009). Uncovering the Neural Signature of Lapsing Attention: Electrophysiological Signals Predict Errors up to 20 s before They Occur. J. Neurosci., 29, 8604–8611. Parasuraman, R., y Rizzo, M. (2007). Neuroergonomics: The brain at work. New York: Oxford University Press. Parasuraman, R. (2009). Assaying individual differences in cognition with molecular genetics: theory and application. Theoretical Issues in Ergonomics Science, 10, 399. Robertson, I. H., Manly, T., Andrade, J., Baddeley, B. T., y Yiend, J. (1997). «Oops!»: performance correlates of everyday attentional failures in traumatic brain injured and normal subjects. Neuropsychologia, 35, 747–758. Ruz, M., Correa, A., Funes, M., Macizo, P., Sanabria, D., & Vaquero, J. (2011). Manual docente para investigadores principiantes en Psicología Experimental y Neurociencia Cognitiva. Shaw, T. H., Funke, M. E., Dillard, M., Funke, G. J., Warm, J. S., & Parasuraman, R. (2013). Event-related cerebral hemodynamics reveal target-specific resource allocation for both “go” and “no-go” response-based vigilance tasks. Brain and Cognition, 82, 265–273. Thorpy, M. J., y Billiard, M. (2011). Sleepiness: Causes, Consequences and Página 47 de 132 Neuroergonomía Treatment. Cambridge University Press. Warm, J. S., Parasuraman, R., y Matthews, G. (2008). Vigilance requires hard mental work and is stressful. Human Factors, 50, 433–441. Wickens, C. D., y Hollands, J. G. (2000). Engineering psychology and human performance (3.a ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. Yerkes, R. M., y Dodson, J. D. (1908). The relation of strength of stimulus to rapidity of habit-formation. Journal of Comparative Neurology and Psychology, 18, 459–482. Página 48 de 132 Neuroergonomía Neuroergonomía Capítulo 3. Efectos del trabajo por turnos en la salud de las personas mayores Autor: Marcelino Romero Rayo Página 49 de 132 Neuroergonomía Capítulo 3. Efectos del trabajo por turnos en la salud de las personas mayores Índice de Contenidos 1. Introducción 2. Trabajo por turnos 2.1. Definición 2.2. Legislación vigente 2.3. Consecuencias del trabajo por turnos sobre el trabajador 2.4. Medición de los ritmos circadianos y del síndrome del trabajador por turnos 3. Envejecimiento y trabajo por turnos 4. Estrategias de intervención 5. Conclusiones 6. Preguntas de estudio 7. Bibliografía Página 50 de 132 Neuroergonomía 1. Introducción Vivimos en una sociedad que ha experimentado un gran cambio en los últimos años en lo que se refiere a nuestro ritmo de vida. Actualmente los ciudadanos demandamos unas necesidades y servicios con una mayor urgencia. Esta dinámica responde al modelo económico actual, enfocado a maximizar los beneficios que pueden proporcionar los recursos en los que se ha invertido un capital. Este cambio de ritmo ha traído consigo que los recursos, tanto materiales como humanos, deban estar disponibles las 24 horas del día y los 365 días del año. Esto provoca la necesidad de que existan puestos de trabajo con un horario nocturno, es decir, trabajo por turnos. Si bien el ser humano ha demostrado a lo largo su propia historia una gran adaptación al medio, existe un claro problema a la hora de afrontar el trabajo por turnos, y es que nuestra actividad fisiológica sigue unos patrones que son incompatibles con la realización de tareas a lo largo de la noche. Es imperativo para el correcto funcionamiento de la persona un cumplimiento de estos patrones para poder desenvolverse de una forma adecuada. A los patrones fisiológicos relacionados con el sueño se les llama ritmos circadianos que, por definición, cumplen ciclos de sueño-vigilia de 24 horas (Madrid y Rol, 2006). La duración del ciclo es debida a las condiciones de luz de nuestro entorno. Históricamente, la luz a la que ha estado expuesto el ser humano se correspondía con la que recibía del Sol, pero en la actualidad los avances tecnológicos nos proporcionan luz a cualquier hora. Sin embargo, exponerse a la luz nocturna dificulta una buena adaptación de nuestro sistema biológico. Por otra parte, hay que tener en cuenta la normativa sobre la que se estructura la vida laboral de las personas. En España la edad de jubilación se sitúa actualmente en los 65 años, y según el Instituto Nacional de Estadística, el 69,3 % de la población activa de 64 años solo tiene unos estudios de nivel primario (INE, 2012). De estos datos se extrae que los trabajadores mayores tendrán una mayor probabilidad de tener un trabajo nocturno o de vigilancia. Además, si prosigue la actual tendencia en la pirámide demográfica nos encontraremos, según el Instituto Página 51 de 132 Neuroergonomía Nacional de Estadística, con que “el porcentaje de población mayor de 65 años, que en este momento es del 18,2%, pasaría a ser 24,9% en 2029”. Cuando el cuerpo humano se aproxima a la senectud en los países industrializados se encuentran dolencias evidentes debidas a la vejez, pero también influidas por nuestro estilo de vida, así pues las principales dolencias físicas son la hipertensión o el dolor de espalda crónico (INE, 2012). A esta edad además disminuyen algunas capacidades cognitivas, como el control para inhibir respuestas inapropiadas, y se experimenta un cambio en los ritmos circadianos y en los patrones del sueño. Así pues, cuando se trata de trabajos que van en contra de nuestros ritmos circadianos (como es el trabajo por turnos) es conveniente tener en cuenta a las personas próximas a la edad de jubilación, ya que sus condiciones serán distintas y determinarán su rendimiento en la tarea que puede requerir el trabajo. 2. Trabajo por turnos 2.1. Definición Según el Estatuto de los Trabajadores de 1995 (BOE, 1995), el trabajo por turnos consiste en “Toda forma de organización del trabajo en equipo según la cual los trabajadores ocupan sucesivamente los mismos puestos de trabajo, implicando para el trabajador la necesidad de prestar sus servicios en horas diferentes en un periodo determinado de días o de semanas”. El trabajo por turnos puede organizarse de forma distinta dependiendo de las demandas de la empresa, dando lugar a: sistema discontinuo, donde el trabajador cesa su actividad de noche y en los fines de semana; sistema semicontinuo, el ciclo de cambio es semanal y las horas de trabajo se realizarán por la mañana, por la tarde, o bien, por la noche; o sistema continuo en el que el trabajo se realiza de forma ininterrumpida sin tener en cuenta hora del día o día de la semana, incluyéndose las horas que corresponden al trabajo nocturno (Nogareda, 1998). Por ejemplo, un tipo de trabajo que se rige por el sistema semicontinuo sería el que se da en una estación de servicio de 24 horas en el que existen 3 turnos de 8 horas Página 52 de 132 Neuroergonomía (mañana, tarde y noche) y el trabajador cada semana trabaja solo en uno de ellos, siendo la rotación con un intervalo semanal. El trabajo nocturno es un tipo de trabajo por turnos donde la actividad laboral se desarrolla entre las 10 de la noche y las 6 de la mañana del día siguiente. El trabajador nocturno es aquel cuya jornada laboral corresponde al menos en una tercera parte al horario nocturno (Nogareda y Nogareda, 1997). 2.2. Legislación vigente La legislación actual que regula el trabajo por turnos nocturno data de 1995. Esta ley prohíbe la realización del trabajo nocturno tanto en el periodo de embarazo como en el de lactancia. (Ley 31/1995, 1995). Según la legislación europea, no se trabajará más de 8 horas en un periodo de 24. En los trabajos que impliquen riesgo la duración deberá ser menor. En el caso de los trabajadores nocturnos se deberán tomar medidas especiales adaptadas a las exigencias del trabajo. Sin embargo la existencia de esta legislación no implica que estas normas se cumplan, ya que en el documento se indican que estas son las normas que “los estados miembros han de adoptar” (Directiva 2003/88/CE, 2003). Según las estadísticas sobre la actividad laboral al nivel europeo (Eurostat, 2012), no existe uniformidad en cómo se organiza el trabajo. Por ejemplo, respecto a la duración de la jornada laboral, en España se trabajan 1690 horas al año, mientras que en Holanda trabajan 1379 horas. Por tanto, estas disparidades dificultan la aplicación igualitaria de una ley laboral a todo el territorio europeo (INE, 2012). Así pues, el trabajo por turnos en el territorio español se encuentra ante una legislación ambigua, que no permite ejecutar de una forma concreta cuáles deben ser los periodos de trabajo y de descanso de los trabajadores. Además cabe indicar que en el caso de la española no se distingue en función a las variables de riesgo ni del esfuerzo del trabajo realizado. Si vamos más allá, podemos caer en la cuenta a la hora de revisar ambos documentos, que no se toma en cuenta la variable Página 53 de 132 Neuroergonomía edad, ni por tanto, cómo el envejecimiento puede influir en el rendimiento y la seguridad de la tarea realizada por el trabajador por turnos. 2.3. Consecuencias del trabajo por turnos sobre el trabajador En el trabajo por turnos intervienen una serie de factores que se interrelacionan entre sí y que condicionan la salud del trabajador: la duración y la calidad del sueño, los ritmos circadianos característicos del trabajador y el ambiente sociofamiliar al que se encuentra expuesto el trabajador (Figura 3.1). Para que el trabajador por turnos se halle con unos niveles idóneos de bienestar, salud y seguridad será necesario que estos tres factores se encuentren en condiciones óptimas, de tal forma que no descompensen el equilibrio de este sistema (Monk, 2012). Ritmos Circadianos Bienestar, salud y seguridad del trabador por turnos Sueño Ambiente sociofamiliar Figura 3.1. Factores que intervienen en el trabajo por turnos (adaptado de Monk, 2012). La realización prolongada de un trabajo a lo largo de la noche presenta una serie de efectos negativos a corto y a largo plazo. Es decir, efectos que se manifiestan directamente (desde el primer momento en que se realiza el trabajo), y efectos que se dan con el paso del tiempo en contextos ajenos al laboral. Página 54 de 132 Neuroergonomía Los efectos a corto plazo del trabajo a turnos consisten en una pérdida de eficiencia en el rendimiento tanto en el trabajo como fuera del mismo, en parte debido a una menor duración y calidad del sueño. Como consecuencia aparece un mayor nivel de fatiga e irritabilidad (Madrid y Rol, 2006). En línea con el modelo de Monk (2012), sabemos que el sueño es una de las variables que más resulta afectada por el trabajo a turnos. El sueño cumple una función reparadora y normalmente también sigue un patrón circadiano. Así, el declive en las funciones cognitivas del trabajador nocturno tienen especial importancia en trabajos que implican un riesgo para la salud, como puede ser el de transportista. Concretamente, se ha demostrado que la probabilidad de ocurrencia de los accidentes de transporte fluctúa a lo largo del día, es decir, sigue un patrón circadiano similar a los niveles de somnolencia. La hora crítica de mayor ocurrencia de accidentes (y de mayor somnolencia) es a las 3 de la madrugada. A esta hora, el sistema biológico humano, que es diurno, está diseñado para dormir y descansar, no para trabajar (Folkard, 1997). Por otra parte, nos encontramos diferencias individuales en los ritmos circadianos de sueño-vigilia, lo que se conoce como “cronotipos”. Estos se clasifican en función de cuál es el momento en el que cada persona se encuentra predispuesta a realizar una actividad con mayor rendimiento. Existen principalmente tres cronotipos. Los cronotipos matutinos se caracterizan por madrugar y presentan un estado óptimo en torno a las 12 del mediodía, representan un 20% de la población. Los vespertinos tienen un pico de alto rendimiento sobre las 6 de la tarde y trasnochan si pueden (también un 20%). Entre ambos están los cronotipos intermedios, con un patrón circadiano menos extremo que los matutinos y los vespertinos, y representan la mayoría de la población, en torno a un 60% (Madrid y Rol, 2006). Los efectos a largo plazo del trabajo a turnos se relacionan con un cambio de alimentación (el trabajador por turnos ingiere comida con un mayor aporte calórico y tiende a picar más entre horas) que provoca un cambio en su perfil metabólico, y que, a la postre, provoca que estos trabajadores tengan una mayor predisposición en la vejez de padecer diabetes y problemas cardiovasculares. Por Página 55 de 132 Neuroergonomía otra parte se da un aumento de la prevalencia en depresión (debido a que los trabajadores nocturnos disponen de menos relaciones sociales posibles), neurosis y fatiga crónica (Madrid y Rol, 2006). A largo plazo, si todos estos síntomas se cronifican, pueden desencadenar en el síndrome del trabajador por turnos, que ya se encuentra recogido en el sistema de Clasificación Internacional de Enfermedades, la CIE-10. El síndrome presenta los siguientes síntomas: a un nivel físico el trabajador se encuentra abatido. A un nivel cognitivo, el sujeto presenta un mayor nivel de errores, mayor dificultad para realizar esfuerzos intelectuales y una sensación de tener “la cabeza vacía”. Al nivel fisiológico aparece ansiedad que se puede manifestarse en calambres y vértigos. Por tanto, los efectos son diversos, pudiendo desembocar en patologías como trastornos cardiovasculares o deterioro del sistema inmunitario (Asensio, 1998). 2.4. Medición de los ritmos circadianos y del síndrome del trabajador por turnos Los ritmos circadianos se pueden medir de forma subjetiva a través de diarios de sueño que rellenan las personas durante varios días, o de forma objetiva con técnicas de actigrafía, mediante un acelerómetro que mide la cantidad de movimientos por unidad de tiempo, o midiendo la temperatura corporal, por ejemplo, con un sensor colocado en la muñeca de la mano no dominante que registra durante al menos una semana (véase el Capítulo 1 para más detalles). Estas medidas podrían informar sobre una posible disrupción del ritmo circadiano causada por el trabajo a turnos. Por otro lado, para comprobar más concretamente si existe algún tipo de síndrome relacionado con el trabajo por turnos se confeccionó el Questionnaire to Screen for Shift Work Disorder (Barger et al., 2012). Está compuesto por 26 ítems que analizan las siguientes variables: datos demográficos, detalles sobre el horario, insomnio cuando se trabaja en turnos no habituales, somnolencia durante turnos no habituales, sueño excesivo o somnolencia en los descansos. Se responde a los ítems con una escala Likert de 5 opciones. Página 56 de 132 Neuroergonomía Los criterios que se tienen que cumplir para verificar un posible trastorno causado por el trabajo por turnos son los siguientes: que desempeñe un trabajo por turnos, que tenga un insomnio excesivo, que su problema le afecte en sus áreas social u ocupacional, que su queja se asocie a su horario, que haya tenido síntomas relacionados con el turno de trabajo durante al menos un mes y que su problema no sea explicado mejor por otro trastorno del sueño. 3. Envejecimiento y trabajo por turnos A tenor del envejecimiento de la población y de la falta de regulación de la normativa del trabajador por turnos en función de la edad, se hace necesario indicar qué variables pueden ser determinantes de cara a la salud del trabajador. El envejecimiento se asocia a cambios en las dimensiones cognitiva, social y afectiva. Los ritmos circadianos y la duración de las distintas fases del sueño (pudiendo esto afectar a la eficiencia del sueño de cara a su labor reparadora) también se encuentran alterados en las personas mayores (Yoon et al., 2003). Concretamente, el tiempo que invierten en un sueño de ondas lentas (reparador) se reduce, a costa de un aumento del tiempo dedicado al sueño ligero (fases 1 y 2). También les lleva más tiempo comenzar el sueño y se despiertan con mayor facilidad ante la presencia de estímulos externos, ya que el tiempo de sueño ligero se ve aumentado en detrimento del sueño profundo (Echávarri y Erro, 2007). Todos estos elementos conllevan la falta de un descanso real durante el sueño nocturno y un menor nivel de alerta durante el día. En estos cambios podría estar implicada la melatonina (hormona que se encarga de regular nuestro ciclo diurno/nocturno), ya que cuanto más mayores somos menos melatonina secreta nuestro sistema endocrino, y se da una menor calidad del descanso en estos individuos, así como un mayor insomnio (Yoon et al., 2003). La luz también tiene un importante papel en la regulación de los ritmos circadianos. Se ha demostrado que la exposición nocturna a la luz artificial enriquecida en azul inhibe la secreción de melatonina. Por otra parte, el hecho de Página 57 de 132 Neuroergonomía que las personas mayores requieran de una exposición extra de la luz natural del día puede deberse a que sus fotorreceptores son menos sensibles a la recepción de luz, sobre todo en la banda azul del espectro (Duffy et al., 2007). Si tenemos en cuenta que los primeros síntomas físicos de envejecimiento comienzan en torno a nuestra tercera década de vida y que los cognitivos se comienzan a dar de una forma significativa al principio de la quinta década, podemos afirmar que una gran parte de los trabajadores se encuentra bajo los efectos de las variables anteriormente nombradas y se deberían tener en cuenta a la hora de asignar tareas de trabajo. Si nos centramos en el trabajo por turnos también existen razones de peso para regularlo teniendo en cuenta la variable edad, ya que los ritmos circadianos se encuentran alterados en el envejecimiento, y por tanto, el rendimiento profesional en un trabajador por turnos. 4. Estrategias de intervención De acuerdo a lo mencionado anteriormente, se hace necesaria una intervención específica sobre las personas que se encuentran en la última etapa de su vida laboral y trabajan durante el turno de noche. En este capítulo se plantea que podría utilizarse la exposición a la luz para atenuar la fatiga del trabajador nocturno. En la última década se han producido los siguientes avances:  Se ha demostrado que las células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC) son especialmente sensibles a la luz azul o luz fría. Este tipo de luz activa el sistema circadiano y potencia la alerta, de manera que las personas reaccionan más rápidamente en tareas de atención que miden tiempos de reacción (Vandewalle et al., 2009).  La exposición de sujetos mayores de 60 años a la luz, durante un tiempo que oscile entre 20 y 45 minutos (situándolo a 30 pulgadas de una caja con una intensidad de 10,000 luxes), justo 5 minutos después de que se despierten, mejora el insomnio (Kirisoglu y Guilleminault, 2004).  Las personas mayores pasan un mayor tiempo libre que las jóvenes en entornos de mayor intensidad lumínica, lo que podría indicar una mayor necesidad de recibir más luz (Scheuermaier et al., 2010). Página 58 de 132 Neuroergonomía  Existen otras medidas para compensar si el trabajador ya se encuentra bajo las condiciones de un trabajo por turnos en el que no se adapta. Son las estrategias de tipo paliativo como son el uso de estimulantes, hacer siestas o el consumo de melatonina (Duffy et al., 2007). Se hace necesario implementar dinámicas basadas en la luminoterapia, consistente en exposiciones a luz brillante o enriquecida en azul a determinadas horas del día, en las personas con más edad para que reciban una mayor cantidad de luz, y así compensar las deficiencias en sensibilidad y aumentar su eficiencia en el descanso.  Una de las tareas pendientes en la regulación del trabajo por turnos consiste en adaptar el horario conforme al cronotipo del trabajador, teniendo en cuenta los picos de mayor productividad descritos anteriormente. Si se ajusta el horario de trabajo al cronotipo se puede observar un aumento significativo de los trabajadores en lo que se refiere a horas de sueño, bienestar en el lugar de trabajo y menor percepción de estrés (Vetter et al., 2015). 5. Conclusiones Tras la lectura del presente capítulo nos encontramos con varios aspectos susceptibles de mejora en relación con el trabajador por turnos. El más apremiante sería regular la ley del trabajo por turnos en función de los recientes hallazgos acerca de la influencia de la edad y del entorno lumínico en el trabajador por turnos. Visto el papel fundamental que tienen la exposición a la luz y la melatonina en la regulación de los ritmos circadianos, se hace necesario integrar dinámicas en el mundo laboral que tengan en cuenta esta variable. Esto es especialmente relevante en las personas mayores (Duffy et al., 2007), ya que tienen una menor sensibilidad a la luz y una peor calidad de sueño, por lo que hay que adaptar las dinámicas a este colectivo. Por otra parte, al nivel empresarial sería conveniente instaurar la medición del cronotipo de la plantilla de trabajadores, ya que no solo sería beneficioso para Página 59 de 132 Neuroergonomía el propio trabajador, sino también lo sería de cara al aumento de la seguridad, eficiencia y productividad de la empresa (Vetter et al., 2015). En el propio lugar de trabajo sería útil una adecuación del mismo a la noche, adecuar el tipo de luz y proporcionar al trabajador una zona de descanso donde pueda echar siestas de corta duración, además de un lugar donde poder tomar comida caliente (Madrid y Lama, 2006). Finalmente, para evitar los problemas de carácter social y familiar, se puede proponer como solución dinamizar los horarios, priorizando que los turnos sean rotatorios, para aumentar las interacciones sociales del trabajador, y así evitar posibles patologías afectivas. 6. Preguntas de estudio  Cita tres ejemplos de trabajos a turnos.  ¿Cuáles son las quejas más frecuentes de los trabajadores a turnos?  ¿Cómo diseñarías un estudio para investigar las consecuencias a largo plazo del trabajo a turnos? 7. Bibliografía Asensio, R. U. (1998). NTP 260: Trabajo a turnos: efectos médico-patológicos. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Barger, L. K., Ogeil, R. P., Drake, C. L., O’Brien, C. S., Ng, K. T., y Rajaratnam, S. M. (2012). Validation of a questionnaire to screen for shift work disorder. Sleep, 35, 1693-703. B.O.E. (1995). Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales. BOE Medicina del trabajo, 123. Duffy, J. F., Zeitzer, J. M., y Czeisler, C. A. (2007). Decreased sensitivity to phasedelaying effects of moderate intensity light in older subjects. Neurobiology of aging, 28, 799-807. Página 60 de 132 Neuroergonomía Echávarri, C., y Erro, M. E. (2007). Trastornos del sueño en el anciano y en las demencias. Anales del Sistema Sanitario de Navarra, Vol. 30, 155-161. Gobierno de Navarra. Departamento de Salud. Eurostat. (2012). Transition from work to retirement. Folkard, S. (1997). Black times: temporal determinants of transport safety. Accident Analysis & Prevention, 29, 417-430. INE. (2012). Año Europeo del Envejecimiento Activo y la Solidaridad intergeneracional. Demografía. Madrid: Instituto Nacional de Estadística. Kirisoglu, C., y Guilleminault, C. (2004). Twenty minutes versus forty-five minutes morning bright light treatment on sleep onset insomnia in elderly subjects. Journal of psychosomatic research, 56, 537-542. Madrid, J. A., y Rol, M. A. (2006). Cronobiología básica y clínica. Editec@Red. Monk, T. H. (2012). Diagnosing the Troubled Shift Worker. Sleep, 35, 1591–1592. Nogareda, C., y Nogareda, S. (1997). NTP 455: Trabajo a turnos y nocturno: Aspectos organizativos. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Scheuermaier, K., Laffan, A. M., y Duffy, J. F. (2010). Light exposure patterns in healthy older and young adults. Journal of biological rhythms, 25, 113-122. Vandewalle, G., Maquet, P., y Dijk, D. J. (2009). Light as a modulator of cognitive brain function. Trends in cognitive sciences, 13(10), 429-438. Vetter, C., Fischer, D., Matera, J. L., y Roenneberg, T. (2015). Aligning work and circadian time in shift workers improves sleep and reduces circadian disruption. Current Biology, 25(7), 907-911. Yoon, I. Y., Kripke, D. F., Elliott, J. A., Youngstedt, S. D., Rex, K. M., y Hauger, R. L. (2003). Age‐ related changes of circadian rhythms and sleep‐ wake cycles. Journal of the American Geriatrics Society, 51(8), 1085-1091. Página 61 de 132 Neuroergonomía Neuroergonomía Capítulo 4. Diseño de una aplicación para combatir la carga mental en estudiantes universitarios Autores: Antonio Jesús Morales Rendón, Dina Bencrimo, Noelia Rodríguez Estrada, Ana Rodríguez Ruiz, David Soler Ortiz, Aurora Trinidad Pérez y Ángel Correa. Página 62 de 132 Neuroergonomía Capítulo 4. Diseño de una aplicación para combatir la carga mental en estudiantes universitarios Índice de contenidos 1. Introducción 2. ¿Qué es la carga mental? 3. ¿Por qué es importante medir la carga mental? 4. ¿Cómo se mide la carga mental? 5. Carga Mental en la universidad 5.1. Carga Mental y estrés en época de exámenes 5.2. Prevención de la carga mental 5.2.1. Distribución del estudio 5.2.2. Intervención 6. Conclusiones 7. Preguntas de estudio 8. Bibliografía 9. Anexo 4.1. Interfaz de la aplicación Página 63 de 132 Neuroergonomía 1. Introducción En los medios de comunicación habitualmente aparecen noticias relacionadas con la ansiedad excesiva y el estrés de los estudiantes durante la época de exámenes. Según el diario “20 minutos”, los estudiantes españoles se sienten estresados por la carga de trabajo que se les impone. La Organización Mundial de la Salud advierte que esta carga excesiva tiene repercusiones graves sobre la salud, provocando cefaleas, dolor abdominal, y sintomatología depresiva (El Periódico, 2016). El estrés que se padece debido a una alta carga lectiva, especialmente durante la época de exámenes, es causa de problemas físicos y psicológicos. Por ello creemos necesario estudiar la carga mental que produce niveles de activación excesivos e intervenir sobre ella utilizando diferentes técnicas para disminuir los niveles de estrés, con objeto de prevenir dichos estados poco recomendables para la salud. 2. ¿Qué es la Carga Mental? La carga de trabajo mental se produce por una limitación de recursos para la realización adecuada de una tarea cognitiva. A pesar de la extraordinaria potencia para computar información que posee nuestro cerebro, su capacidad de procesamiento es limitada, especialmente en relación con nuestra habilidad para ser conscientes de una idea, para atender a varios objetos o realizar varias tareas simultáneamente, y para realizar una actividad nueva, que no hemos practicado mucho y no tenemos automatizada. En estas situaciones, donde las demandas de la tarea superan los recursos disponibles y capacidades del individuo, es cuando las personas experimentan carga mental. La carga mental es un concepto que surge de la interacción entre las demandas de tarea y los recursos de la persona. Por ejemplo, la tarea de conducción es probable que produzca carga mental en conductores noveles pero no en expertos. Una misma tarea también puede implicar diferentes niveles de carga en una misma persona, en función de su estado psicológico. Así, un Página 64 de 132 Neuroergonomía socorrista acostumbrado a vigilar grupos de niños en una piscina no sufriría carga en condiciones normales, pero sí la podría sufrir si se encontrara somnoliento por no haber dormido suficiente en la noche anterior. Es decir, la carga mental puede variar de unos individuos a otros y puede variar dentro de un mismo individuo a través del tiempo. Otro factor clave en relación con la carga mental es la presión temporal. A veces, el factor más relevante que produce carga mental no es la cantidad de trabajo o el tipo de tarea que se ha de realizar, sino el hecho de tener que completarla lo más rápido posible antes de una fecha límite determinada. Como se mencionaba, la carga puede variar en función de la cantidad de práctica o aprendizaje que acumula una persona con una tarea. De este modo, la idea de automaticidad es central para el concepto de carga, ya que la carga mental disminuye conforme mayor es el entrenamiento y la experiencia con una tarea. Una tarea novedosa supone una gran demanda de recursos e implicación de estructuras cerebrales de control ejecutivo, como la corteza prefrontal (Norman y Shallice, 1986). En tales condiciones las personas normalmente sufren una gran carga mental, y dado que todos sus recursos se focalizan en la realización y la monitorización de la tarea novedosa, estas son incapaces de realizar adecuadamente otra tarea al mismo tiempo. Esto es lo que ocurre con las personas que están aprendiendo a conducir. Conforme se va automatizando la tarea de conducir, a la persona le van quedando disponibles más recursos para atender a otros estímulos y poder realizar varias tareas a la vez, como mantener una conversación con el copiloto. Finalmente, es interesante destacar que la unidad de análisis en neuroergonomía no se limita a un proceso cognitivo básico. Así, en el caso de la carga mental, hemos visto que este concepto implica una interacción entre procesos de aprendizaje (automatización por práctica repetida), control ejecutivo, motivación y emoción relacionados con la evaluación que hacen los individuos de sus competencias en relación con las demandas de una tarea. Página 65 de 132 Neuroergonomía 3. ¿Por qué es importante medir la carga mental? Es lógico pensar que en condiciones de alta carga de trabajo mental se incrementa la probabilidad de cometer un error, lo que podría tener consecuencias catastróficas. Cuando nuestra capacidad para procesar información resulta sobrepasada, aparecen el estrés y la ansiedad, y se deterioran procesos cognitivos clave para la correcta realización de una tarea, tales como la percepción de estímulos, la consciencia de la situación o la toma de decisiones. De hecho este es uno de los elementos que se mencionan en el informe que realizó el grupo de ergónomos expertos sobre las causas del accidente del vuelo Air France entre Río y París del año 2009, en el que fallecieron 228 personas. En el informe se menciona que una alta carga mental podría haber causado que la tripulación no hubiera escuchado la señal de alerta auditiva que avisaba de una entrada en pérdida (“stall warning”). Es posible que el piloto no hubiera percibido conscientemente algunas de las indicaciones que aparecían en el “Anunciador de Modo de Vuelo”. Además, una situación de alta carga (como la que probablemente experimentó la tripulación debido a la ocurrencia de eventos novedosos e inesperados), dificulta la toma de consciencia de la situación, la toma de decisiones para aplicar el procedimiento adecuado, y deteriora la calidad de la comunicación y la coordinación entre los pilotos del avión. No sólo es importante conocer la carga mental para prevenir deterioros en la ejecución debidos a una sobrecarga. También pueden surgir deterioros si la carga es muy baja para el individuo, subcarga, por ejemplo, por una falta de motivación o exceso de confianza. Es decir, se trataría de buscar el punto óptimo de demanda y ejecución de acuerdo a la ley de Yerkes-Dodson (Yerkes y Dodson, 1908). Por tanto, lo ideal sería ajustar las demandas de la tarea de una forma flexible de acuerdo al estado de carga mental actual que presenta un individuo en un momento dado. Esta idea se relaciona con el concepto de automatización adaptativa, donde el grado de automatización o control que tiene la máquina frente a un operario es dinámico y depende del estado de la persona: si la persona se encuentra sobrecargada, el sistema asume el control aliviándole de realizar Página 66 de 132 Neuroergonomía muchas tareas simultáneamente y así reduciendo la carga; si la persona está infracargada mentalmente, el sistema automático le cede funciones al operario para que permanezca activo y con su atención enfocada en la tarea. 4. ¿Cómo se mide la carga mental? La aproximación más sencilla sería medir directamente la ejecución de la persona. Es decir, si la ejecución en la tarea sufre deterioro, entonces inferiríamos que existe carga mental. Sin embargo, esta aproximación tiene el inconveniente de que el concepto de carga de trabajo mental puede ser independiente de la ejecución observada. Por ejemplo, dos vigilantes que trabajan en los detectores de mercancías peligrosas con rayos X en los aeropuertos pueden tener una precisión similar a la hora de detectar un arma (v.g., un 99’5% de aciertos), pero diferir en la cantidad de esfuerzo o carga mental que les ha requerido conseguir tan precisa ejecución (imaginemos que uno está más cansado, o que no es tan experto en su trabajo, que tiene problemas emocionales en casa que le impiden concentrarse, etc.). Por tanto, es importante medir la carga de manera independiente a las medidas de ejecución comportamental. Para ello se pueden utilizar medidas subjetivas de auto-informe, como por ejemplo el cuestionario de la NASA-TLX (Hart y Staveland, 1988) que aparece en la Figura 4.1. Sin embargo, las estimaciones que hacemos de nuestra propia carga pueden ser poco precisas, o puede que cuando detectemos una sobrecarga de manera consciente sea ya tarde y se haya producido un grave deterioro en la ejecución, o puede que el concentrarse en contestar este auto-informe distraiga al sujeto de su tarea principal. Una buena solución desde la neuroergonomía consiste en registrar medidas fisiológicas que sirvan de marcador de la carga mental, teniendo así una medida a tiempo real, y que no interfiera con la actividad del sujeto. Página 67 de 132 Neuroergonomía Figura 4.1. Ejemplo del cuestionario NASA-TLX, compuesto por 6 items: demanda de actividad mental, demanda de actividad física, demanda temporal, ejecución y resultado, esfuerzo y nivel de frustración. Así, incrementos en la dificultad de una tarea se han asociado con incrementos en el tamaño de la pupila (Kahneman y Beatty, 1966). Mediante el uso de una tarea de n-back, que permite manipular la carga de memoria de trabajo, se han observado cambios en el EEG relacionados con una mayor potencia de frecuencias beta, mayor potencia de ritmos theta en electrodos frontales, y supresión de ondas alfa (Gevins et al., 1997). Con la técnica de espectroscopía por infrarrojos (fNIRS), se ha registrado en optodos frontales un mayor metabolismo cerebral conforme la carga mental incrementa, tanto en una Página 68 de 132 Neuroergonomía tarea n-back como en una tarea de simulación de control de tráfico aéreo (Ayaz et al., 2012). En conclusión, siempre que la situación lo permita, lo aconsejable es realizar mediciones de la carga mental en las diferentes dimensiones (subjetiva, conducta y fisiológica), para obtener una idea más completa de lo que puede estar experimentando un individuo. 5. Carga mental en la universidad 5.1. Carga mental y estrés en época de exámenes Los estudiantes, en el transcurso de sus vidas académicas se enfrentan a tareas que suponen un nivel importante de carga mental, tanto por sus exigencias como por la presión temporal. Este estado de alta carga mental alcanza su apogeo en la denominada época de exámenes, provocando episodios de estrés y ansiedad. En España se estima que entre el 15 y el 25% de los estudiantes de enseñanza primaria y secundaria presentan niveles elevados de ansiedad ante los exámenes (Escalona y Miguel-Tobal, 1996). Se ha observado además un aumento significativo de la percepción de sobrecarga de trabajo en el ámbito universitario desde la implantación del Plan Bolonia (Rubio-Valdehita et al., 2016). Esta ansiedad de los estudiantes ejerce un impacto negativo sobre las dimensiones cognitiva, fisiológica y en el rendimiento (Miracco et al., 2012): Entre los problemas cognitivos más destacables, se observa una autocrítica severa, pues el estudiante se somete a juicios subjetivos en los que tiende a infravalorarse en base a las consecuencias de una posible mala ejecución. También suele sentirse inferior a sus compañeros por haber tenido un peor desempeño en las evaluaciones, y en general todo tipo de pensamientos disfuncionales que tiene como denominador común un ataque recurrente a la autoestima por no satisfacer las expectativas académicas. Entre los problemas fisiológicos, los síntomas pueden ir desde las molestias gástricas, como náuseas o vómitos, hasta los problemas respiratorios como la Página 69 de 132 Neuroergonomía disnea, pasando por irregularidades del sueño significativas y tensión muscular generalizada. Los efectos de la ansiedad sobre el rendimiento académico de los estudiantes se agudizan en ciertas circunstancias en que las exigencias de la tarea suponen una alta presión para el individuo. Las instrucciones amenazantes, la presión temporal y la complejidad de la tarea, por ejemplo, pueden hacer que un estudiante ansioso se bloquee, impidiendo que se concentre y ejecute la tarea empleando todos sus recursos. Así, se crea círculo vicioso que describe la influencia que tiene preocuparse demasiado por las consecuencias de una mala ejecución y la mala ejecución en sí, que es una especie de profecía autocumplida en la que el propio individuo, preocupándose por lo que sucederá si sale mal el examen, acaba favoreciendo que salga mal. 5.2. Prevención de la carga mental Para prevenir la carga mental existen estrategias de carácter individual como son la relajación física, el control de la respiración, el entrenamiento en solución de problemas, en asertividad y en manejo eficaz del tiempo (Guerrero-Barona y RubioJiménez, 2005). Esta última nos parece muy efectiva para la prevención del estrés de cara a la época de exámenes, por lo que la hemos incluido en nuestro diseño. Con respecto a la gestión del tiempo, es importante que haya una distribución eficiente y que permita al estudiante tener tiempo de trabajo, de descanso y de ocio, siendo para ello imprescindible una planificación previa y un conocimiento real de los recursos temporales con los que cuenta. 5.2.1. Distribución del estudio Para utilizar el tiempo de la forma más efectiva posible debemos organizarnos. Algunas pautas para conseguir una buena organización, distribución del tiempo y eficacia en el estudio son:  Crea un horario semanal donde incluyas en cada día un número de horas de estudio proporcional a las horas de clase, en el que se encuentren las Página 70 de 132 Neuroergonomía asignaturas específicas que se estudiarán en cada rango de tiempo (por ejemplo una hora para cada asignatura que se ha dado en el día).  Es importante tener en cuenta que no todas las asignaturas tienen la misma dificultad, por lo que a las asignaturas más difíciles les dedicaremos más tiempo que a las más sencillas, intentando siempre no estudiar seguidamente dos asignaturas similares.  El horario ha de ser flexible.  Deben incluirse horas de descanso y tiempo libre.  Incluye pequeños descansos entre asignaturas. Todos estos consejos para la correcta distribución del tiempo de estudio se pueden agrupar en dos grandes metas:  Fijar objetivos realistas, planificados de manera secuencial, que vayan lográndose gradualmente.  Intentar aprender más que memorizar. Al planificar el tiempo de estudio hay que tener en cuenta los factores como la obligatoriedad de asistencia a determinadas clases durante el curso académico y los consejos sobre salud laboral con respecto al número máximo de horas seguidas que se debe trabajar. Es decir, una jornada máxima de trabajo efectivo de 9 horas (o de 12 en casos excepcionales), respetando siempre una distancia de al menos 12 horas entre jornadas de trabajo, y trabajando como máximo 2 horas seguidas (salvo en las horas de asistencia obligatoria a clase). Por tanto, un ejemplo práctico de planificación, teniendo en cuenta que el estudiante tendría un turno de clases por la mañana y dormiría 8 horas diarias, sería el siguiente: Página 71 de 132 Neuroergonomía Hora Actividad 9-14 Asistencia a clase 15-16 16-18 18-18:30 18:30-20:30 Almuerzo Estudio Descanso Estudio Además, ponemos también como ejemplo el tiempo que necesitaríamos para preparar un examen de doce temas, contando dos horas como una unidad de tiempo de estudio. Para cada tema necesitaríamos un mínimo de dos tiempos de estudio, lo que nos llevaría a necesitar 24 tiempos, aplicando así la práctica distribuida para optimizar la capacidad de memorización (Baddeley et al., 2010), y dejando entre ellos al menos un día para cumplir con el tiempo de demora, el cual se ha demostrado que mejora los resultados del estudio. En total necesitaríamos al menos unas 48 jornadas de estudio para preparar de forma segura y efectiva este examen, si seguimos los consejos previamente indicados, haciéndose notar de nuevo la relevancia de que el estudiante tenga presente los tiempos necesarios para el estudio y no lo acumule todo en los días previos a la prueba de evaluación. Para reducir el estrés en estudiantes universitarios con un patrón de personalidad exigente y perfeccionista se han propuesto las estrategias siguientes (Miracco et al. 2012): establecimiento de objetivos realistas, planificación correcta de las metas, educación para que la valoración de los resultados no resulte siempre extrema, trabajar la autoestima para reducir altas exigencias y conseguir una mayor aceptación de si mismos. Con respecto al método de estudio, los profesionales recomiendan que cada estudiante diseñe su propia metodología, haciendo hincapié en que la eficiencia y eficacia del método de estudio reside en crearlo a partir de unos patrones básicos (Santrock, 2012) entre los que se encuentran: Página 72 de 132 Neuroergonomía  El material de estudio debe estar siempre en orden.  Es importante tener en cuenta el tiempo del que se dispone y su distribución.  Es necesario conocer las dificultades concretas de cada materia de estudio así como el ritmo personal de trabajo.  No olvidar las dificultades que conlleva el proceso de aprendizaje. 5.2.2. Intervención Para intervenir sobre la carga mental proponemos aplicar la Relajación Progresiva de Jacobson (Jacobson, 1938), que es una técnica fisiológica orientada a conseguir el reposo del tono muscular para conseguir un estado de calma interior profunda, a través de la técnica de tensión-distensión en cada uno de los grupos de músculos. Utilizando las técnicas de medición de la carga de trabajo mental, las técnicas de relajación y los consejos previamente descritos, hemos diseñado una aplicación para teléfonos móviles que permitirá al estudiante combatir la carga mental que sufre durante la época de exámenes, y por tanto mejorar su rendimiento académico y su calidad de vida en general. La interfaz de la aplicación se muestra en el Anexo 3.1. Actuaremos directamente sobre el estrés, la ansiedad y la carga mental; e indirectamente sobre los trastornos del sueño asociados. Esta aplicación mediría los ritmos de los cuatro tipos de ondas a través de un registro del EEG, con el fin de detectar si nos encontramos en estado de sobrecarga, subcarga o carga óptima (Gevins et al., 1997). Dependiendo de dicho estado, la aplicación pondrá en marcha las medidas siguientes:  Activación de distintos tipos de música: En el caso de sobrecarga se aplicará música relajante para disminuir la activación fisiológica utilizando composiciones en presto o prestissimo, donde las notas son más seguidas y rápidas. En el caso de subcarga se utilizará música activadora, usando piezas donde el tempo sea lento o adagio (Elliot et al., 2011). Página 73 de 132 Neuroergonomía  Técnicas para combatir la carga mental: distribución del estudio y técnicas de relajación. Las primeras favorecen la reducción del estrés gracias a una mejor organización en época de exámenes, lo que influye, como ya sabemos, en la reducción de la ansiedad y carga mental. Las técnicas de relajación, por su parte, favorecen una reducción de la ansiedad, dotándonos de una serenidad necesaria para tomar las decisiones oportunas de cara al estudio y potenciar que sea más dinámico y evitemos la sobrecarga.  Alarma para los descansos: Como se ha mencionado, los descansos son fundamentales para facilitar y consolidar el aprendizaje a largo plazo. En la aplicación dispondremos de una opción que nos permita programar el periodo óptimo en que se llevarán a cabo los descansos y qué duración tendrán estos. Una alarma nos avisará del inicio y fin de los descansos.  Seguimiento de dieta y rutina de ejercicio físico. Podremos anotar los alimentos que consumimos para que la aplicación tenga más datos con los que evaluar nuestro estrés, así como también anotar el deporte que realizamos. Por otro lado nos facilitará una dieta equilibrada y una rutina de ejercicios. 6. Conclusiones La carga de trabajo mental afecta de forma perjudicial al rendimiento intelectual y académico del individuo, pudiendo provocar problemas de salud asociados al estrés, la ansiedad o el insomnio. Mediante una planificación adecuada, un método de estudio eficiente, el uso de técnicas de relajación cuando sea necesario, así como una dieta y un estilo de vida saludable, podemos controlar que la carga mental no afecte de forma drástica al trabajo y no merme la capacidad cognitiva de los estudiantes. Todos estos aspectos los incluimos en nuestra aplicación diseñada para el uso en teléfonos móviles, cuya eficacia y utilidad debería evaluarse en futuras investigaciones. Página 74 de 132 Neuroergonomía 7. Preguntas de estudio  Piensa en dos situaciones o trabajos que producen sobrecarga y en una que produzca subcarga.  ¿Qué efectos tienen la subcarga y la sobrecarga mental en los individuos? (considera los diferentes niveles, fisiológico, conducta y subjetivo).  Un controlador de tráfico aéreo se queja de que su trabajo le “sobrepasa”. ¿Cómo podrías medir si tiene un problema de carga mental y qué solución podrías proponerle? 8. Bibliografía 20 minutos (2016, 15 de marzo), Los adolescentes españoles se sienten presionados por la excesiva carga de deberes. Madrid: España, Recuperado de www.20minutos.es/noticia/2698378/0/deberes-alumnos-adolescentes- presionados-oms/ Baddeley, A., Eysenck, M.W., y Anderson, M.C. (2010). Memoria. Madrid: Alianza. El Periódico, (2016, 3 de abril), La OMS alerta de que los deberes perjudican la salud, [en línea]., Madrid: España, Recuperado el 14 de marzo de 2017 de www.elperiodico.com/es/noticias/educacion/oms-alerta-deberes-perjudicansalud-5021541 Elliott, D., Polman, R., y McGregor, R. (2011). Relaxing music for anxiety control. Journal of Music Therapy, 48, 264-88. Escalona, A., y Miguel-Tobal, J. J. (1996). Ansiedad ante los exámenes: evolución histórica y aportaciones prácticas para su tratamiento. Ansiedad y Estrés, 2,195-209. Gevins, A., Smith, M. E., McEvoy, L., y Yu, D. (1997). High-resolution EEG mapping of cortical activation related to working memory: effects of task difficulty, type of processing, and practice. Cerebral Cortex, 7, 374–385. Página 75 de 132 Neuroergonomía Guerrero Barona, E., y Rubio Jiménez, J. C., (2005), Estrategias de prevención e intervención del “burnout” en el ámbito educativo, Salud mental, 28, 27-33. Hart, S., y Stavenland, L. (1988). Development of NASA-TLX (Task Load Index): Results of empirical and theoretical research. En Adv. Psychol (Vol. 52, pp. 139–183). Jacobson, E. (1938). Progressive relaxation. Chicago: University of Chicago Press. Kahneman, D., y Beatty, J. (1966). Pupil diameter and load on memory. Science, 154, 1583–1585. Miracco, M., Scappatura, M. L., Traiber, L., De Rosa, L., Arana, F., Lago, A., Partarrieu, A., Galarregui, M., Nusshold, P.T. y Keegan, E., (2012). Perfeccionismo en la universidad: talleres psicoeducativos, una intervención preventiva. IV Congreso Internacional de Investigación y Práctica Profesional en Psicología. Norman, D. A., y Shallice, T. (1986). Attention to action: Willed and automatic control of behaviour. En Consciousness and Self-Regulation: Advances in Research and Theory (pp. 1–18). New York: Plenum Press. Rubio-Valdehita, S., López, I., Díaz Ramiro, E. M., y Vallellano, D. (2016), Carga mental de trabajo de estudiantes de Psicología. ¿Qué cambios ha producido la adaptación EEES?, IX Congreso Iberoamericano de Docencia Universitaria, Madrid: España. Santrock, J., (2012), Psicología de la Educación, S.A. Madrid: McGraw-Hill. Yerkes, R. M., y Dodson, J. D. (1908). The relation of strength of stimulus to rapidity of habit-formation. Journal of Comparative Neurology and Psychology, 18, 459–482. Página 76 de 132 Neuroergonomía 9. Anexo 3.1. Interfaz de la aplicación Página 77 de 132 Neuroergonomía Página 78 de 132 Neuroergonomía Página 79 de 132 Neuroergonomía Neuroergonomía Capítulo 5. Potenciación cognitiva en el envejecimiento mediante estimulación transcraneal directa por corriente continua Autor: Josué Rico-Picó. Página 80 de 132 Neuroergonomía Capítulo 5. Potenciación cognitiva en el envejecimiento mediante estimulación transcraneal directa por corriente continua Índice de Contenidos 1. Resumen 2. Efectos del envejecimiento sobre la cognición 3. Técnicas no invasivas de estimulación: la estimulación transcraneal directa por corriente continua (tDCS) 3.1. Funcionamiento de la tDCS 3.2. Bases biológicas de la tDCS 3.3. Complicaciones asociadas a la tDCS 4. Aplicación de la tDCS durante la vejez 4.1. Aplicación de la tDCS en mayores sanos 4.2. Aplicación de la tDCS en enfermos de Alzheimer 5. Conclusiones 6. Preguntas de estudio 7. Bibliografía Página 81 de 132 Neuroergonomía 1. Resumen El envejecimiento ha sido asociado al descenso de las funciones cognitivas (v.g., memoria episódica) y alteraciones en el sistema nervioso. Por ello, desde hace décadas se ha tratado de intervenir para paliar este deterioro. En la actualidad se están empleando técnicas no invasivas de estimulación cerebral, que han mostrado tener efectos beneficiosos sobre la ejecución de tareas, y que podrían complementar y potenciar los efectos de las terapias más tradicionales. Una de las técnicas más empleadas es la estimulación transcraneal directa por corriente continua (tDCS), que se ha relacionado con la potenciación a largo plazo y con cambios plásticos en el sistema nervioso. La aplicación de la tDCS en ancianos sanos resulta prometedora, viéndose que mejoran su ejecución en tareas y que ayudan a que los efectos de las intervenciones cognitivas perduren por más tiempo. Sin embargo, los datos en pacientes con la enfermedad de Alzheimer son más ambiguos, aunque apuntan también hacia un posible beneficio. En conclusión, parece que la tDCS tiene potencial para frenar el deterioro neurocognitivo y su combinación con otros procedimientos puede resultar positiva. Sin embargo, los estudios son pocos aún y existe gran variabilidad entre los protocolos utilizados, lo que dificulta la comparación para concluir sobre sus efectos. 2. Efectos del envejecimiento sobre la cognición Desde años atrás se ha observado un aumento en la media de edad poblacional debido a mejoras en la sanidad y en la calidad de vida. Los estudios indican que el colectivo de personas mayores de 60 años es el que crece a mayor velocidad, estimando que su número se triplique para el año 2050 (Daffner, 2010). Es por ello que actualmente existe un creciente interés en esta etapa del desarrollo, sobre todo si consideramos los cambios biológicos y cognitivos que afectan en su día a día. Al nivel biológico, se ha encontrado un declive en el volumen de la materia gris como resultado de la atrofia neuronal desde la adultez tardía (Bishop et al., Página 82 de 132 Neuroergonomía 2010). Esta disminución resulta mayor en el lóbulo temporal y en el frontal, lo que está ligado a los déficit cognitivos característicos de esta etapa (Harada et al., 2013). Además, la conectividad estructural y funcional también resultan deterioradas, por ejemplo, se han encontrado alteraciones en la integridad de los axones y un descenso en la mielinización (Harada et al., 2013; Jagust, 2013). Unido a estos cambios biológicos, se encuentran una serie de funciones psicológicas afectadas. Si bien es cierto que no todas resultan alteradas (aprendizaje implícito), o que incluso pueden aumentar durante la vejez temprana (memoria semántica), existe un amplio abanico que experimenta un deterioro, destacando la velocidad de procesamiento, atención, memoria episódica, aprendizaje, memoria de trabajo y funciones ejecutivas (Esiri, 2007; Harada et al., 2013). Sin embargo, a la vez que el sistema nervioso va sufriendo una degeneración paulatina, parece que su forma de funcionar también evoluciona para compensar tales deterioros (Greenwood, 2007). Varios autores señalan que durante la vejez se produce una menor asimetría en la activación cerebral ante tareas complejas (Reuter-Lorenz y Cappell, 2008). Este efecto se ha considerado como muestra de activación complementaria para mejorar la ejecución y mantener el desempeño. Por tanto, estos autores proponen que durante la vejez están presentes todavía factores neuroplásticos que tratan de paliar la pérdida de funciones cognitivas (Reuter-Llorenz y Cappell, 2008; Greenwood, 2007). El que se mantenga la plasticidad durante esta etapa puede ser la clave que explique la mejoría producida por un entrenamiento cognitivo en ancianos (Daffner, 2010). Por ejemplo, Anguera et al. (2013) mostraron efectos positivos duraderos de un entrenamiento en multitarea empleando un videojuego en personas mayores. En su estudio, los participantes (N=60) fueron divididos en tres grupos: conducción simulada, tarea de detección y multitarea, que combinaba las dos anteriores. A los ancianos se les pedía que practicasen su tarea tres horas a la semana durante un mes. El estudio mostró que sólo el grupo que realizaba el entrenamiento multitarea redujo el coste de interferencia por la realización concurrente de las dos tareas. Este beneficio además se mantuvo hasta un mes después de la intervención. Por Página 83 de 132 Neuroergonomía tanto, parece que el entrenamiento cognitivo en ancianos puede ser una buena estrategia para paliar la degeneración típica de esta etapa del desarrollo. Es importante destacar que estos beneficios podrían ser mayores si el entrenamiento cognitivo se combina con una técnica de estimulación cerebral. En un experimento posterior al descrito (Hsu et al., 2015), el mismo laboratorio mostró que si se aplicaba estimulación transcraneal directa por corriente continua (tDCS) en el córtex prefrontal dorsolateral de jóvenes (N=41) realizando la misma tarea (detección mas conducción simulada), se producían mejoras demoradas tras la estimulación en una sola sesión. Si bien es cierto que los resultados no son del todo comparables debido a la diferencia de edad en la muestra y a que no se realizó un estudio longitudinal, estos datos sugieren una posible sinergia entre ambos procedimientos. De este modo, se plantea que si la estimulación cerebral puede potenciar los efectos del entrenamiento cognitivo, su uso combinado podría aumentar los efectos de la neurorrehabilitación y actuar sobre el deterioro en la vejez (Mameli, Fumagalli, Ferrucci y Priori, 2014; Penolazzi et al., 2015). Por ello, en este capítulo se describirá la tDCS, una de las técnicas de neuroestimulación más empleadas, y posteriormente se revisarán aquellos estudios que la han aplicado a personas ancianas. 3. Técnicas no invasivas de estimulación: la estimulación transcraneal directa por corriente continua (tDCS) El uso de corrientes eléctricas para tratar dolencias no es precisamente reciente, sino que técnicas con esta misma base ya estaban presentes antes de la Edad Media (Moreno-Duarte et al., 2014). Sin embargo, no hace falta remontarse a aquella época para encontrar un claro referente del uso de la electricidad para tratar patologías. En concreto, en el siglo XIX encontramos la terapia mediante electroshock, que a partir de 1939 y durante algunas décadas después se empleó como tratamiento para las psicopatologías. Ahora bien, estas técnicas eran poco Página 84 de 132 Neuroergonomía sistemáticas, y al no controlar el voltaje o ser muy elevado, podían dañar el sistema nervioso (Moreno-Duarte et al., 2014). A las técnicas actuales de estimulación, al no afectar al tejido y debido a su gran precisión y control, se les denomina “técnicas no invasivas de estimulación cerebral”. Existen dos tipos principales: estimulación mediante campos magnéticos y estimulación mediante corriente eléctrica, siendo la estimulación magnética transcraneal repetitiva (rTMS) y la tDCS las más empleadas, respectivamente. Ambas han mostrado resultados positivos en la mejora de las capacidades cognitivas (Correa, 2008). Sin embargo, nos centraremos en describir la tDCS, ya que tiene ciertas ventajas respecto a la rTMS: resulta menos invasiva al no producir potenciales de acción, es más sencilla de aplicar y controlar, su precio es más asequible y resulta potencialmente portátil, lo que facilitaría su implementación para tratar pacientes en su domicilio (Moreno-Duarte et al., 2014; Penolazzi et al., 2015). 3.1. Funcionamiento de la tDCS El mecanismo que subyace a la tDCS deriva de la aplicación de una corriente eléctrica continua de baja intensidad (1 – 2 mA) sobre la superficie del cráneo mediante dos electrodos de gran tamaño (25 – 35 cm2). La polaridad, y por tanto los efectos que tenga la corriente, dependerá del electrodo al que nos refiramos, ya que ésta entra positiva por el electrodo ánodo y sale del tejido nervioso negativa por el electrodo cátodo. Por lo general, la corriente anódica (atDCS) produce un aumento en la excitabilidad de las redes neuronales, mientras que la corriente catódica (ctDCS) está relacionada con la inhibición del área implicada (MorenoDuarte et al., 2014; Stagg, 2014). La presencia de al menos dos electrodos con diferentes polaridades nos va a permitir realizar tres combinaciones posibles en función de si queremos estimular, estimular e inhibir, o solamente inhibir. Si nuestro objetivo es estimular, la colocación del electrodo ánodo (atDCS) será en un punto concreto el sistema nervioso sobre el que queremos influir (v.g. córtex prefrontal), mientras que el cátodo (ctDCS) estará situado en zonas fuera del sistema nervioso (v.g. músculo supraorbital). En cambio, si queremos inhibir únicamente se realizará de forma Página 85 de 132 Neuroergonomía contraria, situando el ánodo fuera del sistema nervioso y el cátodo en un área cerebral. Sin embargo, esta colocación no está exenta de problemas, ya que a pesar de situarse en zonas no relacionadas es posible que inhiba/excite ligeramente la zona del electrodo situado en el músculo supraorbital (Ftiz y Reiner, 2014). En contraposición, en la colocación bipolar ambos electrodos estarán actuando sobre el sistema nervioso, lo que conlleva que una zona se vea estimulada (atDCS), mientras que otra se ve inhibida (ctDCS). Este último paradigma se ha empleado, por ejemplo, para tratar de comprobar el papel que tiene un solo hemisferio sobre una tarea (Moreno-Duarte et al., 2014). La colocación de los electrodos se basa en el sistema 10-20, empleado para el registro del EEG. De esta manera, resulta bastante sencillo estandarizar dónde se realizará la estimulación en las intervenciones, lo que mejorará la sistematicidad del proceso. 3.2. Sustrato biológico de la tDCS Los efectos de esta técnica sobre la ejecución de una tarea se basan en la alteración de varios componentes fisiológicos del sistema nervioso. Concretamente, durante y tras la estimulación se producen alteraciones en la excitabilidad del circuito donde se ha aplicado la tDCS, debido a una afectación del potencial en reposo de las neuronas. En concreto, se plantea que la corriente anódica al ser positiva produce una reducción parcial de la negatividad característica de la neurona, lo que facilitaría que se produzca un potencial de acción. Por otro lado, la corriente catódica causaría lo contrario, es decir, hiperpolarizaría el interior de la membrana y dificultaría que se produzca el potencial. De ambos electrodos será el ánodo el más empleado en las investigaciones debido a su relación con un aumento de la excitabilidad neuronal, y su posible papel para producir potenciación a largo plazo (Kuo y Nitsche, 2012; Stagg, 2014). Por ello, en las siguientes líneas nos centraremos en su mecanismo concreto. El aumento en la excitabilidad neuronal producido por corriente anódica se ha relacionado con dos mecanismos diferenciados en función de si se está aplicando en el momento o si evaluamos los post-efectos, tras la intervención. En Página 86 de 132 Neuroergonomía primer lugar, cuando se está produciendo la estimulación, los canales de Ca+ y Na+ se abren y producen una despolarización parcial en la neurona debido a la variación del potencial transmembrana. Por otro lado, en los post-efectos este aumento de la excitabilidad se ha relacionado de forma parcial con los receptores N-Metil-d-Aspartato (NMDA) y GABA del sistema nervioso. Parece que la despolarización parcial se da en las interneuronas glutamatérgicas, lo que conllevaría un aumento en la excitación del circuito sobre el que se ha intervenido. Este aumento de la actividad de NMDA puede ligarse a una mayor entrada del ion Ca+, que podría desembocar en una cadena de segundos mensajeros, produciendo cambios plásticos a largo plazo (Greenwood, 2007). Del mismo modo, también se ha visto relacionado con una disminución en la actividad de las interneuronas GABA, lo que causaría un aumento en la activación de forma indirecta (Stagg, 2014). 3.3. Complicaciones asociadas a la tDCS A pesar de que se considere como más segura que la rTMS, no debemos pensar que la tDCS está exenta de efectos secundarios. En concreto, su uso prolongado, o incluso en una única sesión, se ha asociado a picor, escozor, quemaduras, e incluso dolor de cabeza leve. Asimismo, el gran tamaño de los electrodos puede hacer que la estimulación resulte en la activación o inhibición parcial de zonas no deseadas, lo que puede causar alteraciones secundarias derivadas. Finalmente, un riesgo a asumir de este uso de técnicas de neuroestimulación es que la compensación o cambios plásticos se de a costa de reducir procesos adyacentes, lo que podría afectar a la ejecución de otras tareas (Fitz y Reiner, 2014; Penolazzi et al., 2015). 4. Aplicación de la tDCS durante la vejez El uso de la tDCS cobra especial importancia en la población mayor como una medida para mejorar su calidad de vida. En los siguientes apartados se resumen los principales hallazgos tras aplicar esta técnica a población anciana sana y con neurodegeneración. Página 87 de 132 Neuroergonomía 4.1. Aplicación de la tDCS en mayores sanos La investigación sobre los efectos de la neuroestimulación mediante tDCS en ancianos ha estudiado la toma de decisiones (Boggio et al., 2010), la memoria de trabajo (Jones, Stephens, Alam, Bikson, y Berryhill, 2015), y varios aspectos del lenguaje (Holland et al., 2011; Ross et al., 2011). En la Tabla 5.1 se presenta un resumen de dichas investigaciones. Tabla 5.1. Estudios realizados con ancianos sin enfermedades neurodegenerativas. Est = Estimulación recibida; Int = Intensidad; Cog = Funciones cognitivas; Sham = Grupo Placebo; Long = Evaluación Longitudinal; Tr = Entrenamiento durante la estimulación o tras la estimulación; Eval = Pruebas realizadas para evaluar los efectos de la estimulación; WM = Memoria de trabajo (Working Memory). De entre los estudios mencionados, dos de ellos resultan de especial relevancia: Boggio y cols. (2010), por comprobar efectos diferenciales en la estimulación en ancianos respecto a población joven, y Jones y cols. (2015) por ser de los pocos que ha combinado la estimulación mediante tDCS junto a un entrenamiento longitudinal. Por ello, los describiremos brevemente a continuación. Boggio y cols (2010) comprobaron los efectos de la estimulación anódica sobre la conducta de riesgo en personas mayores. En su experimento aplicaron la Página 88 de 132 Neuroergonomía corriente de manera online; es decir, mientras los participantes realizaban la tarea. La muestra (N = 28), con una edad comprendida entre 50 y 85 años, fue dividida en tres condiciones: atDCS sobre el córtex prefrontal izquierdo y ctDCS sobre el córtex prefrontal derecho; atDCS aplicado al córtex prefrontal derecho y ctDCS sobre el prefrontal izquierdo (a la inversa de la anterior); y placebo. En la tarea a realizar, los participantes tenían que seleccionar entre dos posibles respuestas: una decisión arriesgada en la que se ganaba más puntos y había más probabilidad de perderlos; y una decisión menos arriesgada en la que se ganaba menos puntos pero con mayor probabilidad de conseguirlos. Los resultados mostraron que independientemente de la estimulación recibida las conductas eran más arriesgadas respecto al grupo placebo. Este dato va en contra de los hallazgos reportados por Fecteau y cols. (2007) en jóvenes, apuntando a la existencia de efectos diferenciales en la estimulación entre ancianos y jóvenes. Este hallazgo sugiere que los resultados podrían no ser comparables entre muestras de diferente edad, y enfatiza la necesidad de realizar más investigación para aclarar si existen mecanismos diferentes entre jóvenes y mayores. En segundo lugar, Jones y cols. (2015) comprobaron los efectos de la estimulación longitudinal en ancianos que recibían un entrenamiento en memoria de trabajo. Durante las tareas se dividió a los participantes (N = 72), con una edad comprendida entre 55 y 73 años, en tres grupos según la estimulación recibida: tDCS anódica sobre el córtex parietal derecho, estimulación alternando entre prefrontal y parietal, o placebo. La estimulación estaba presente mientras practicaban las tareas, y el entrenamiento tuvo lugar durante 2 semanas con 5 sesiones en cada una de ellas. Tras el entrenamiento se evaluó en tareas de memoria de trabajo (Stroop, 2-Back, y la tarea de dígitos) de las que se había obtenido datos previos al entrenamiento. Los resultados indicaron que todos los grupos habían mejorado tras finalizar las sesiones; sin embargo, únicamente aquellos en el grupo de estimulación mediante tDCS anódica mantuvieron el beneficio un mes después. Por tanto, parece que la estimulación tuvo un efecto Página 89 de 132 Neuroergonomía beneficioso de las mejoras derivadas del entrenamiento, ayudando a que se mantuviese en el tiempo. Los resultados indican que es posible que exista cierta ventaja en la aplicación de la tDCS sobre la ejecución de tareas. Por ello, no es de extrañar que se hayan investigado sus efectos sobre las neuropatologías que aparecen durante la vejez, por ejemplo, en la recuperación de los accidentes cerebrovasculares o en la demencia prefrontal (Mameli et al., 2014; Zimerman y Humel, 2014). El siguiente apartado se centra en el Alzheimer, la demencia que está más presente, afectando a un 1% de la población. 4.2. Aplicación de la tDCS en enfermos de Alzheimer La enfermedad de Alzheimer es una patología neurodegenerativa que se manifiesta durante la vejez y que se caracteriza por un deterioro gradual acelerado de las funciones cognitivas (Honea et al., 2009). Este trastorno se diferencia del envejecimiento normal tanto por el grado de afectación cognitiva, que es mucho más severo, como por los cambios biológicos en el cerebro (Hansen, 2012). Al nivel biológico se encuentra una mayor acumulación de la proteína betaamiloidea, que da lugar a la formación de placas seniles, y la presencia de ovillos neurofibrilares formados por la proteína tau (Bishop et al., 2010). Debido a estas alteraciones se produce un cambio en la actividad neuronal, mostrándose, por ejemplo, una hiperpolarización de las membranas celulares derivada de los efectos de la proteína tau (Hansen, 2012). Es posible, por ello, que la estimulación mediante tDCS anódica resulte beneficiosa ya que su influencia excitadora sobre los receptores NMDA e inhibidora sobre GABA puede resultar en una mejora del desequilibrio neuroexcitatorio (Mameli et al., 2014). Por otro lado, debido a su función ligada con la potenciación a largo plazo podría emplearse como apoyo para reconfigurar redes neurales. Esto podría mejorar, por ejemplo, la desconexión funcional entre el córtex prefrontal y el hipocampo que está presente en el Alzheimer (Hansen, 2012). Varios grupos de investigación han estudiado los efectos de la tDCS en Alzheimer, sobre todo en el estadio leve de la enfermedad (Mameli et al., 2014; Página 90 de 132 Neuroergonomía Zimerman y Hummel, 2014). Sin embargo, los resultados no son tan alentadores como aquellos con ancianos que no presentan demencia y hay que ser cautos con los datos hallados hasta el momento. En la Tabla 5.2 se resumen dichas investigaciones (Freitas, Mondragón-Llorca, y Pascual-Leone, 2011; Herholz et al., 2013; Nardone et al., 2012). Tabla 5.2. Estudios realizados con ancianos con enfermedad de Alzheimer. Est = Estimulación recibida; Int = Intensidad; Cog = Funciones cognitivas; Sham = Grupo Placebo; Long = Evaluación Longitudinal; Tr = Entrenamiento durante la estimulación o tras la estimulación; Eval = Pruebas realizadas para evaluar los efectos de la estimulación; At = atención; F.E. = funciones ejecutivas. Así, en varios estudios parece que se produce una mejora en varios aspectos de la memoria (Boggio et al., 2012; Boggio et al., 2008; Ferrucci et al., 2008) u otras áreas (Mameli et al., 2014); mientras que otros no encuentran efecto de la estimulación (Bystad et al., 2016; Cotelli et al., 2014). A continuación se describe uno de los pocos estudios que trata de combinar los efectos del entrenamiento con la estimulación en Alzheimer (Penolazzi et al., 2015). Página 91 de 132 Neuroergonomía Penolazzi y cols. (2015) realizaron un estudio de caso único con un paciente en estadío leve de Alzheimer, donde se combinó el entrenamiento cognitivo con estimulación tDCS anódica en el córtex prefrontal dorsolateral. El entrenamiento consistió en 10 sesiones con una duración de 45 minutos repartidas en dos semanas. Las tareas practicadas se enfocaron a distintas funciones cognitivas relacionadas con el área estimulada (v.g., memoria de trabajo). Los resultados mostraron efectos pequeños de la combinación, si lo comparamos con el entrenamiento per se. Sin embargo, sí frenaron el deterioro, manteniéndose el beneficio por encima del placebo en la post-evaluación realizada 3 meses tras finalizar las sesiones. Estos datos apoyan que la combinación de ambas técnicas puede resultar fructífera, aunque estudios con mayor muestra y un diseño entre sujetos son necesarios para conocer los efectos detalladamente. 5. Conclusiones Los datos sugieren que la combinación de la tDCS con otras formas de intervención, como el entrenamiento cognitivo, puede ser beneficiosa en la neurorrehabilitación. Así, los resultados muestran beneficios en la ejecución de tareas entrenadas, y también de algunas no entrenadas. Sin embargo, la potencialidad de esta técnica de estimulación eléctrica surge de su capacidad para mantener estos cambios a largo plazo, lo que podría mejorar los efectos de la intervención cognitiva. No obstante, varios problemas metodológicos dificultan la comparación entre estudios y conocer cuál es su verdadero potencial. Esto se manifiesta, sobre todo, cuando atendemos a los diferentes parámetros de la estimulación (v.g. cuándo se aplica o qué intensidad se usa) o a las características demográficas de la muestra bajo estudio. Por tanto, es necesaria una mayor investigación, así como la replicación de los datos ya existentes para poder extraer conclusiones más firmes. Finalmente, sería interesante comprobar los efectos de esta técnica en contextos más ecológicos, es decir, la investigación debería aclarar si la intervención realmente supone una mejora de la calidad de vida de los ancianos, de acuerdo al objetivo fundamental de la neurorrehabilitación. Página 92 de 132 Neuroergonomía 6. Preguntas de estudio  ¿Qué características hacen que la combinación entre el entrenamiento cognitivo y el uso de la tDCS pueda resultar positiva?  ¿Cuáles son los principales inconvenientes éticos de esta técnica?  ¿Cómo es posible que esta técnica atenúe el deterioro de las habilidades cognitivas durante la vejez? 7. Bibliografía Anguera, J. A., Boccanfuso, J., Rintoul, J. L., Al-Hashimi, O., Faraji, F., Janowich, J., ... y Gazzaley, A. (2013). Video game training enhances cognitive control in older adults. Nature, 501, 97-101. Bishop, N. A., Lu, T., y Yankner, B. A. (2010). Neural mechanisms of ageing and cognitive decline. Nature, 464, 529–535. Boggio, P. S., Campanhã, C., Valasek, C. A., Fecteau, S., Pascual-Leone, A., y Fregni, F. (2010). Modulation of decision-making in a gambling task in older adults with transcranial direct current stimulation. European Journal of Neuroscience, 31, 593–597. Boggio, P. S., Ferrucci, R., Mameli, F., Martins, D., Martins, O., Vergari, M., … Priori, A. (2012). Prolonged visual memory enhancement after direct current stimulation in Alzheimer’s disease. Brain Stimulation, 5, 223–230. Boggio, P. S., Khoury, L. P., Martins, D. C. S., Martins, O. E. M. S., de Macedo, E. C., y Fregni, F. (2008). Temporal cortex direct current stimulation enhances performance on a visual recognition memory task in Alzheimer disease. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, 80, 444–447. Bystad, M., Grønli, O., Rasmussen, I. D., Gundersen, N., Nordvang, L., WangIversen, H., y Aslaksen, P. M. (2016). Transcranial direct current stimulation as a memory enhancer in patients with Alzheimer’s disease: a randomized, placebo-controlled trial. Alzheimer’s Research & Therapy, 8, 13. Página 93 de 132 Neuroergonomía Correa, Á. (2008) Neurociencia aplicada: el cerebro al servicio de la humanidad. Ciencia Cognitiva: Revista Electrónica de Divulgación, 2:1, 38-40. Cotelli, M., Manenti, R., Petesi, M., Brambilla, M., Rosini, S., Ferrari, C., … Miniussi, C. (2014). Anodal tDCS during face-name associations memory training in Alzheimer’s patients. Frontiers in Aging Neuroscience, 6(MAR). Daffner, K. R. (2010). Promoting successful cognitive aging: A comprehensive review. Journal of Alzheimer’s Disease, 19, 1101–1122. Esiri, M. M. (2007). Ageing and the brain. Journal of Pathology, 211, 181-187. Fecteau, S., Knoch, D., Fregni, F., Sultani, N., Boggio, P., y Pascual-Leone, A. (2007). Diminishing risk-taking behavior by modulating activity in the prefrontal cortex: A direct current stimulation study. Journal of Neuroscience, 27, 1250012505. Fitz, N. S., y Reiner, P. B. (2014). The Perils of Using Electrical Stimulation to Change Human Brains. En R. C. Kadosh (Ed.), The Stimulated Brain (pp. 61– 83). San Diego: Academic Press. Freitas, C., Mondragón-Llorca, H., y Pascual-Leone, A. (2011). Noninvasive brain stimulation in Alzheimer’s disease: Systematic review and perspectives for the future. Experimental Gerontology, 6, 611-627. Greenwood, P. M. (2007). Functional plasticity in cognitive aging: Review and hypothesis. Neuropsychology, 21, 657–673. Hansen, N. (2012). Action mechanisms of transcranial direct current stimulation in Alzheimer’s disease and memory loss. Frontiers in Psychiatry, 3, 48. Harada, C. N., Natelson Love, M. C., y Triebel, K. L. (2013). Normal cognitive aging. Clinics in Geriatric Medicine, 29, 737–752. Herholz, S. C., Herholz, R. S., y Herholz, K. (2013). Non-pharmacological interventions and neuroplasticity in early stage Alzheimer’s disease. Expert Review of Neurotherapeutics, 13, 1235–1245. Página 94 de 132 Neuroergonomía Holland, R., Leff, A. P., Josephs, O., Galea, J. M., Desikan, M., y Price, C. J. (2011). Speech facilitation by left inferior frontal cortex stimulation. Current Biology, 21, 1403–1407. Honea, R., Thomas, G. P., Harsha, A., Anderson, H. S., Donnelly, J. E., Brooks, W. M., y Burns, J. M. (2009). Cardiorespiratory fitness and preserved medial temporal lobe volume in Alzheimer disease. Alzheimer Dis Assoc Disord., 23, 188–197. Hsu, W.-Y., Zanto, T. P., Anguera, J. A., Lin, Y.-Y., y Gazzaley, A. (2015). Delayed enhancement of multitasking performance: Effects of anodal transcranial direct current stimulation on the prefrontal cortex. Cortex, 69, 175–185. Jagust, W. (2013). Vulnerable Neural Systems and the Borderland of Brain Aging and Neurodegeneration. Neuron, 77, 219-234 Jones, K. T., Stephens, J. A., Alam, M., Bikson, M., y Berryhill, M. E. (2015). Longitudinal neurostimulation in older adults improves working memory. PLoS ONE, 10(4): e0121904. Kuo, M.-F., y Nitsche, M. A. (2012). Effects of Transcranial Electrical Stimulation on Cognition. Clinical EEG and Neuroscience, 43, 192–199. Mameli, F., Fumagalli, M., Ferrucci, R., y Priori, A. (2014). Transcranial Direct Current Stimulation and Cognition in the Elderly. En R. C. Kadosh (Ed.), The Stimulated Brain (pp. 371–395). San Diego: Academic Press. Moreno-Duarte, I., Gebodh, N., Schestatsky, P., Guleyupoglu, B., Reato, D., Bikson, M., y Fregni, F. (2014). Transcranial Electrical Stimulation: Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS), Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS), Transcranial Pulsed Current Stimulation (tPCS), and Transcranial Random Noise Stimulation (tRNS). En R. C. Kadosh (Ed.), The Stimulated Brain (pp. 35–59). San Diego: Academic Press. Nardone, R., Bergmann, J., Christova, M., Caleri, F., Tezzon, F., Ladurner, G., ... y Golaszewski, S. (2012). Effect of transcranial brain stimulation for the treatment Página 95 de 132 Neuroergonomía of Alzheimer disease: a review. International Journal of Alzheimer’s Disease, 2012:687909. Nardone, R., Höller, Y., Tezzon, F., Christova, M., Schwenker, K., Golaszewski, S., ... y Brigo, F. (2015). Neurostimulation in Alzheimer’s disease: from basic research to clinical applications. Neurological Sciences, 36, 689-700. Penolazzi, B., Bergamaschi, S., Pastore, M., Villani, D., Sartori, G., y Mondini, S. (2015). Transcranial direct current stimulation and cognitive training in the rehabilitation of Alzheimer disease: A case study. Neuropsychological Rehabilitation, 25, 799–817. Reuter-Lorenz, P. A., y Cappell, K. A. (2008). Neurocognitive aging and the compensation hypothesis. Current Directions in Psychological Science, 17, 177-182. Ross, L. A., McCoy, D., Coslett, H. B., Olson, I. R., y Wolk, D. A. (2011). Improved proper name recall in aging after electrical stimulation of the anterior temporal lobes. Frontiers in Aging Neuroscience, 3, 16. Stagg, C. J. (2014). The Physiological Basis of Brain Stimulation. En R. C. Kadosh (Ed.), The Stimulated Brain (pp. 145–177). San Diego: Academic Press. Zimerman, M., y Hummel, F. C. (2014). Brain Stimulation and its Role in Neurological Diseases. En R. C. Kadosh (Ed.), The Stimulated Brain (pp. 333– 369). San Diego: Academic Press. Página 96 de 132 Neuroergonomía Neuroergonomía Capítulo 6. Introducción a las Interfaces CerebroComputadora Autor: Fernando Ojedo Collazo Página 97 de 132 Neuroergonomía Capítulo 6. Introducción a las Interfaces CerebroComputadora Índice de Contenidos 1. Introducción 2. ¿Qué es una BCI? 2.1. Definición 2.2. Clasificación de las BCI 2.2.1. Tipos de BCI según la naturaleza del aparato 2.2.2. Tipos de BCI según la naturaleza de la señal de entrada 3. EEG y detección de errores 3.1. Definición y bases del EEG 3.2. Detección de errores a través de potenciales evocados 4. BCIs aplicadas a la comunicación 5. Conclusiones 6. Preguntas de estudio 7. Bibliografía Página 98 de 132 Neuroergonomía 1. Introducción En las últimas décadas, a raíz de los grandes avances tecnológicos, la investigación y el desarrollo de las Interfaces Cerebro-Computadora (o BCIs, del inglés Brain-Computer Interfaces) está creciendo de manera exponencial. Gracias a estos avances, en un futuro se podrá mejorar la calidad de vida de muchas personas. Los equipos que se dedican al desarrollo de esta tecnología suelen estar formados por profesionales de la ingeniería o la medicina. Sin embargo, durante el diseño y desarrollo de las BCIs también deben considerarse aspectos cognitivos, por ejemplo: ¿Cuál es la cantidad de información que puede manipular una persona y por cuánto tiempo puede hacerlo de manera óptima (carga mental)?, ¿cuál es el mejor método para que una persona aprenda a usar una BCI (teorías de aprendizaje)?, ¿cómo diseñar entradas (inputs) y salidas (outputs) que faciliten la comunicación entre una persona y una máquina (percepción y atención)?. Por eso parece necesario que los equipos encargados del desarrollo de nuevos modelos de BCIs sean multidisciplinares, y en ellos tengan cabida también profesionales de las ciencias cognitivas. Este capítulo tiene tres objetivos: en primer lugar, se explica qué es una interfaz cerebro-computadora y se describen sus diferentes tipos. Después se expondrá el papel del electroencefalograma (EEG) en el desarrollo de BCIs, poniendo énfasis en una aplicación ergonómica de la BCI para detectar los errores humanos. Por último, trataremos el uso de BCIs como creación de canales alternativos para la comunicación. 2. ¿Qué es una BCI? 2.1. Definición Hoy en día se entiende que la función de nuestro sistema nervioso es captar y procesar los estímulos del medio para producir una respuesta óptima. Estas respuestas se realizan a través de órganos efectores, tales como los músculos o Página 99 de 132 Neuroergonomía glándulas endocrinas, pero ¿y si pudiéramos crear una nueva vía de respuesta?, ¿y si pudiéramos, mediante la tecnología, incrementar la forma en la que interactuar con el medio? (Correa, 2008). Ese es el objetivo de la BCI. Una BCI es un sistema de comunicación que no depende de las vías usuales de creación de salidas de información de nuestro sistema nervioso. Por tanto, el objetivo de dicho sistema es crear una vía de interacción entre el cerebro del usuario (siendo este la fuente de actividad que ha de registrar la BCI) y el propio sistema, la computadora (siendo esta a su vez la encargada de crear una nueva respuesta; Vaughan, 2003). El proceso de funcionamiento de la BCI consta de tres fases, adquisición, procesamiento y manipulación de la salida (Ramadan et al., 2015; Wolpaw et al., 2002), que se describen a continuación:  Adquisición de la señal: En esta primera fase se registra la actividad del cerebro. Este registro puede hacerse a través de diferentes técnicas, como se explicará más adelante.  Procesamiento: Esta fase se divide en tres partes: 1. Preprocesamiento: Es la transformación mediante técnicas de filtrado y amplificación de la señal en bruto (extraída directamente del cerebro) a un formato de manera que pueda ser manipulada posteriormente de manera digital. 2. Extracción de características: Las señales digitalizadas pasan por uno o varios tipos de procedimientos de extracción de sus características (por ejemplo, filtros espaciales, medida de la amplitud de voltaje, etc.). El producto de esta fase es una señal que sirve de base para codificar las respuestas o movimientos de los usuarios. 3. Traducción algorítmica: Las características de la señal extraídas en el proceso anterior se traducen a través de determinados algoritmos en una Página 100 de 132 Neuroergonomía orden hacia la computadora, la cual debe ser capaz de llevar a cabo la intención del usuario.  Manipulación de la salida Una vez obtenido el mensaje producido por el usuario esta información debe ser manipulada para su reproducción por parte de la computadora. De esta fase cabe destacar dos puntos: 1. Aparato de salida: El dispositivo más comúnmente usado para mostrar el output de información final suele ser una pantalla, siendo la selección de un determinado objetivo representado en dicha pantalla el resultado final de todo el proceso. 2. Protocolo de operación: Cada BCI tiene un protocolo de operación distinto. Este define cómo se activa o desactiva el sistema, si la trasmisión del mensaje es desencadenada por el usuario o por el sistema, la secuencia y velocidad de la interacción entre usuario-sistema, y qué feedback le llega al usuario. 2.2. Clasificación de las BCI 2.2.1. Tipos de BCI según la naturaleza del aparato  BCIs invasivas: Su uso conlleva la implantación quirúrgica de electrodos intracranealmente. Este método ofrece una señal neuronal de excelente calidad y con un alto potencial de mejora. Sin embargo, conlleva el riesgo asociado propio de una operación quirúrgica. Los registros a través de BCIs invasivas pueden registrar la actividad de una sola área cortical o de múltiples áreas. Existen cinco tipos de actividades cerebrales registradas a través de BCIs invasivas: LFPs (local field potentials), SUA (single-unit activity), MUA (multi-unit activity), Registro de oscilaciones electocorticógrafas (registro con ECoG) y Permeabilidad en los canales de Calcio (Chaudhary et al., 2016). Página 101 de 132 Neuroergonomía  BCIs no invasivas: Este tipo de BCIs no requiere cirugía, por lo que la señal que se consigue, al ser superficial, es de peor calidad respecto a las técnicas invasivas. Sin embargo, sus principales ventajas son su bajo coste y alta seguridad. Mediante estas se puede registrar la actividad cerebral de hasta seis maneras (Chaudhary et al., 2016), como se describe a continuación (Tabla 6.1): 1. Potenciales corticales lentos: son medidas de la polarización cortical que pueden ser tomadas desde cualquier parte del cuero cabelludo. Los cambios de voltaje registrados pueden ser tanto negativos (procesos de preparación cortical) como positivos (disminución en la preparación y en la activación). 2. Ritmos sensoriomotores: Frecuencias sinusoidales del rango alfa (8-13 Hz) que pueden ser detectadas en las regiones somatosensoriales y motoras. La amplitud de los ritmos somatosensoriales disminuye con el movimiento, la preparación para el movimiento y la imaginería mental. 3. Potencial evocado P300: Se trata de una deflección positiva que se registra en la región parieto-central que aparece como respuesta tras detectar un estímulo objetivo durante la realización de una tarea. Su nombre proviene de que este aparece aproximadamente 300 milisegundos después de la aparición de dicho estímulo, y su aparición está condicionada que el sujeto esté involucrado activamente en la realización de la tarea. La amplitud del P300 es mayor para estímulos novedosos o infrecuentes y se va reduciendo conforme incrementa la probabilidad de ocurrencia del estímulo. La latencia del P300 varía en torno a la dificultad de discriminación del estímulo objetivo frente al distractor (Picton, 1992). 4. Potenciales evocados visuales estacionarios (SSVEP): En general, los potenciales evocados visuales consisten en diferencias de potencial eléctrico que se pueden detectar en áreas occipitales después de la presentación de estímulos visuales. Dentro de estos potenciales, aquellos que se dan tras la presentación de un estímulo visual que tiene una frecuencia mayor a 3.5 Hz son los llamados de “estado estable”. Estos se registran en zonas occipitales Página 102 de 132 Neuroergonomía de la corteza, dando como respuesta a la aparición del estímulo una señal oscilatoria con una frecuencia igual que la de la aparición del estímulo. Para entenderlo de manera práctica, si se le presenta a un individuo dos imágenes en una pantalla con una frecuencia de aparición diferentes (ambas mayores a 3.5 Hz), puede saber a cuál está mirando al detectar el mismo patrón de frecuencia a través de este potencial (Correa, 2011; Prueckl y Guger, 2009). 5. Error-related negativity (ERN): Se trata de un potencial evocado que aparece 100 ms después de producir el individuo una respuesta incorrecta. De este tipo de señal hablaremos con más profundidad posteriormente, en el apartado de detección de errores. 6. Nivel de oxigenación de la sangre: Esta medida se basa en la actividad metabólica del cerebro (cambios en el nivel de consumo de oxígeno en áreas cerebrales especificas que son interpretados como cambios en su actividad neural). A diferencia de las anteriores, estos cambios no se detectan a través de medidas electrofisiológicas, sino a través de técnicas como la fMRI (functional magnetic resonance imaging) o fNIRS (functional Near-infrared spectroscopy). Página 103 de 132 Neuroergonomía Tabla 6.1. Tipos de BCI según la técnica de registro de la actividad cerebral (adaptado de Nicolás-Alonso y Gómez-Gil, 2012). Técnica Propiedad Medida medida Resolución temporal Resolución espacial Invasiva Portabilidad EEG Eléctrica Directa ≈0.05s ≈10 mm No Portátil MEG Magnética Directa ≈0.05s ≈5 mm No No portátil ECoG Eléctrica Directa ≈0.003s ≈1 mm Sí Portátil Sí Portátil ≈0.5 mm (LFP) Intracortical neuro recording Eléctrica Directa ≈0.003s ≈0.1 mm (MUA) ≈0.1 mm (SUA) fMRI Metabólica Indirecta ≈1 s ≈1 mm No No portátil NIRS Metabólica Indirecta ≈1 s ≈5 mm No Portátil 2.2.2. Según la naturaleza de la señal de entrada Según el tipo de señal de entrada, las BCIs se clasifican en endógenas y exógenas (Tabla 6.2).  Exógenas: usan la actividad neuronal provocada por un estímulo externo como señal de entrada, por ejemplo, los potenciales evocados.  Endógenas: se basan en la autorregulación de la actividad cerebral, con independencia de los estímulos externos. Página 104 de 132 Neuroergonomía Tabla 6.2. Tipos BCI según señal (adaptado de Nicolás-Alonso y Gómez-Gil, 2012). Tipo de BCI según señal Ejemplo Desventajas Ventajas Mínimo entrenamiento Establecimiento de la señal fácil y rápido BCI Exógenas BCI Endógenas Potenciales Evocados Alta velocidad de transferencia de información Necesidad de atención permanente a estímulos externos Fatiga y carga mental Un canal de EEG es suficiente Independiente de estímulos Entrenamiento muy demandante Potenciales corticales lentos Se puede manejar libremente No todas las personas son compatibles Ritmos sensoriomotores Útil para usuarios con órganos sensoriales dañados Se requiere un EEG multicanal para un funcionamiento Baja velocidad de transferencia de información 3. EEG y detección de errores Para el campo de la ergonomía sería un gran avance diseñar sistemas capaces de detectar al instante un error humano y ejecutar de manera automática un protocolo para evitar que dicho error se convierta en una catástrofe. Imaginemos, por ejemplo, vehículos que detectan cuando el conductor es consciente de su propio error, y que además distinguen si ese error surge de sobrepasar la velocidad permitida o de haberse saltado una señal, siendo capaces los propios vehículos de preparase automáticamente en consecuencia. A continuación se explica la electroencefalografía, la técnica de registro de actividad cerebral más utilizada en el estudio de los correlatos neuronales de los errores y en el diseño de interfaces cerebro-computadora. Página 105 de 132 Neuroergonomía 3.1 Definición y bases del EEG El EEG representa la diferencia de voltaje entre dos localizaciones distintas de la corteza cerebral a lo largo de un periodo de tiempo. El EEG registra señales eléctricas generadas por el cerebro a lo largo de varios electrodos colocados en diferentes puntos del cuero cabelludo. Los electrodos se nombran de acuerdo a su localización (F= frontal, P=parietal, O=occipital, T= temporal, C= central) y al hemisferio que corresponden (números impares para la izquierda, pares para la derecha y Z para la línea media; Ward, 2015). Para que la señal eléctrica pueda ser detectable, un conjunto completo de neuronas deben estar activas en sincronía para generar un campo eléctrico suficientemente potente. La señal del EEG se mide como la diferencia entre la señal del electrodo activo y el electrodo de referencia. Un tercer electrodo (electrodo de tierra) se usa para medir la diferencia de voltaje entre los otros dos electrodos. Las ondas que forman el EEG pueden clasificarse según su frecuencia: ritmos delta (δ), theta (θ), alfa (α), beta (β), y gamma (γ) (Ramadan et al., 2015).  Gamma: Entre 32 y 100 Hz. Se piensa que reflejan mecanismos de consciencia. Este tipo de ondas, junto a las beta, han sido asociadas con procesos de atención, percepción y cognición.  Beta: Entre 12 y 30 Hz y una amplitud entre 2 y 20 μV. Lóbulos parietal y frontal de la cabeza. Se dividen en tipo 1 y tipo 2. Estas ondas son pequeñas y rápidas y están asociadas a estados de concentración.  Alfa: Entre 8 y 12 Hz y una amplitud entre 20 y 60 μV. Lóbulo occipital, aunque se encuentran en ambos hemisferios, tienen una mayor amplitud en el lado dominante. Son lentas y están asociadas a estados de relajación.  Theta: Entre 4 y 7 Hz y una amplitud entre 20 y 100 μV. Lóbulo temporal. Asociadas a estados en ensoñación. Las ondas más bajas de theta representan la frontera entre el estar despierto y estar dormido. Página 106 de 132 Neuroergonomía  Delta: Entre frecuencia de oscilación entre 0.5 y 3.5 Hz y su amplitud varía entre 20 y 200 μV. Son las ondas más lentas y se dan durante el sueño. Su presencia en personas despiertas está asociada en defectos en el cerebro. Los potenciales evocados relacionados con eventos (ERPs), junto al análisis de frecuencias, son técnicas de análisis e interpretación de la actividad electrofisiológica registrada a través del EEG. Para entender las representaciones gráficas de los estudios de ERPs es importante saber que hay dos maneras de etiquetarlos. Una manera es etiquetando cada pico con una “P” o “N” según su valencia y con un número para mostrar su orden (Por ejemplo; P1: primer potencial positivo, N1: primer potencial negativo). La otra manera sería utilizar el tiempo en lugar del orden de aparición (por ejemplo; P100: potencial positivo a los 100 ms). Por lo tanto, P1 y P100 ms harían referencia al mismo potencial (Ward, 2015). 3.2 Detección de errores a través de potenciales evocados El objetivo del estudio de los errores a través de los potenciales evocados es comparar la señal registrada por el EEG durante una respuesta correcta frente a la de una incorrecta. De esta manera se pretende obtener información relevante sobre la causa y la naturaleza del propio error, y en el caso de las BCIs, informar a la computadora de un error humano de manera automática. Se han descubierto varios correlatos de la actividad cerebral asociados al error: la negatividad asociada al error (Error Related Negativity, ERN; también se utiliza el término “NE” para describir el mismo concepto), la positividad asociada al error (Error Positivity, PE), y la negatividad asociada al feedback (Feedback Related Negativity, FRN). La ERN hace referencia a una deflación de la actividad eléctrica del cerebro que se da posterior a una respuesta errónea consciente Gehring et al., 1993). La ERN es un potencial rápido, que empieza en el momento del error y llega a su pico en unos 100 ms más tarde, teniendo una distribución focalizada en regiones fronto-centrales de la línea media. La ERN también puede observarse tras Página 107 de 132 Neuroergonomía un feedback negativo después de una respuesta incorrecta o por la observación de alguien errando (Luck, 2005). Se considera que la ERN refleja la actividad de un sistema que monitoriza la respuesta y que es sensible al conflicto entre la intención y la respuesta dada. La PE es un pico positivo que aparece entre 200 ms y 400 ms después del error. Se ha relacionado con la consciencia de haber cometido un error (van Veen y Carter, 2006). El FRP es también un potencial negativo que ocurre unos 300 ms después de que el sujeto haya recibido un feedback negativo de su respuesta. Aunque la aplicación de los conocimientos sobre la detección de errores todavía es muy limitada, existen algunas aplicaciones para entrenamientos en mecanografía o en simulación de control de un coche inteligente (Chavarriaga et al., 2015). 4. BCIs aplicadas a la comunicación Uno de los campos de aplicación principales de las BCIs es crear canales de comunicación que permitan a las personas comunicarse entre sí. El objetivo principal consiste en crear una vía que permita restaurar la capacidad de comunicación en pacientes con diversos tipos de parálisis. A continuación, se describen cuatro ejemplos de BCIs para la comunicación basados en el EEG.  Potenciales evocados visuales estables (SSVEP) en BCIs aplicadas a la comunicación: Estos potenciales nos permiten saber qué estímulo está mirando el usuario en base a una sincronía entre la frecuencia de presentación de un estímulo visual y la frecuencia de la señal eléctrica del cerebro. Su principal ventaja es que, debido a la sencillez de la tarea, el usuario apenas necesita entrenamiento. Sin embargo, sí se necesita que el usuario mantenga la mirada en un punto fijo por un periodo corto de tiempo. Por tanto, esta técnica solo pueden utilizarla personas que tengan preservada la capacidad de controlar la dirección de la mirada (Mohanchandra et al., 2015). Página 108 de 132 Neuroergonomía La mecánica de su uso es sencilla: al usuario se le presenta una matriz compuesta por varios símbolos, los cuales aparecen de manera intermitente e independiente, cada uno a una frecuencia. Comparando la frecuencia de cada símbolo con la señal registrada a través del EEG, la BCI detectaría a cuál de los símbolos está atendiendo el usuario (Correa, 2011; Mohanchandra et al., 2015).  Potenciales corticales lentos en BCIs aplicadas a la comunicación: A través del entrenamiento es posible controlar endógenamente e inducir cambios positivos y negativos en los potenciales corticales lentos. Gracias a esto se han diseñado BCIs para mover verticalmente un cursor y elegir entre las letras de un teclado virtual. Por ejemplo, el usuario, mediante la autorregulación de su actividad cerebral debe elegir uno de los tres bloques de nueve letras en los que se ha dividido el teclado; posteriormente las nueve letras se vuelven a dividir en tres bloques de los cuales el sujeto debe de elegir uno otra vez; finalmente el sujeto elige una de las tres letras resultantes. Este sistema conlleva una fase previa de entrenamiento en autorregulación de los potenciales corticales lentos, siendo además más lento y costoso para el usuario. Sin embargo, su principal ventaja es que es válido para aquellas personas con una parálisis total y que se trata de un sistema endógeno (Mohanchandra et al., 2015; Nicolas-Alonso y Gomez-Gil, 2012).  P300 en BCIs aplicadas a la comunicación: La lógica es muy parecida a la de los potenciales evocados visuales, al ser también de naturaleza exógena. Sin embargo, este potencial además puede ser provocado a través de estímulos somatosensoriales y auditivos. En el protocolo que se suele seguir se usa también una matriz de símbolos, pero en este caso no se utiliza la frecuencia de parpadeo, sino el hecho de resaltar un conjunto de símbolos entre los que puede estar el que el usuario está pensado. De tal manera se van encendiendo intermitentemente o bien columnas o filas diferentes, y si es el caso que el símbolo objetivo se encuentra dentro del conjunto que parpadea se disparará el P300. Al cabo de unos pocos parpadeos diferentes la BCI es capaz de calcular por descarte qué símbolo es el elegido (Mohanchandra et al., 2015; Nicolas-Alonso y Gomez-Gil, 2012). Página 109 de 132 Neuroergonomía Uno de los inconvenientes que presenta esta técnica es que se ve afectada por el hecho de que el usuario se habitúa a la aparición de los estímulos infrecuentes (que a su vez son los estímulos objetivos), disminuyendo así su velocidad de comunicación (Mohanchandra et al., 2015).  Ritmos sensoriomotores en BCIs aplicadas a la comunicación: También se han desarrollado BCIs donde se utiliza la señal de los ritmos sensoriomotores como vía en comunicación. Presentan la ventaja de ser endógenos, y la desventaja de la carga cognitiva y del entrenamiento. Basan su funcionamiento en el incremento o decremento de la señal alfa y beta, que se resulta influida por la preparación para la realización de un movimiento. Así, su protocolo se fundamenta en el hecho de pensar en el movimiento de distintas partes del cuerpo, derivando esto en el control de un cursor de manera bidireccional que se presenta en una pantalla donde pueden ser elegidos diferentes caracteres (Mohanchandra et al., 2015). 5. Conclusiones En este capítulo se han presentado los conceptos clave para entender qué es una interfaz cerebro-computadora (BCI), así como los diferentes modelos que existen, los principios en los que se basan algunas de ellas, y dos de sus posibles aplicaciones, como lo son la comunicación y la detección de errores. A pesar de que se trata de un campo en auge que presenta grandes avances realizados en las últimas décadas, el desarrollo de esta tecnología todavía se encuentra en una fase temprana, quedando todavía mucho trabajo por delante hasta conseguir una herramienta útil para la neuroergonomía y accesible para la población en general. Finalmente, es importante recordar que los especialistas en las ciencias cognitivas y conocedores de los aspectos psicológicos de los propios usuarios tienen mucho que aportar al desarrollo de las BCIs. Página 110 de 132 Neuroergonomía 6. Preguntas de estudio  ¿Cómo funciona una BCI basada en el potencial P300?  Señala las ventajas y limitaciones del estado actual de las BCI.  Inventa y describe una aplicación interesante de las BCI en un futuro en el que las limitaciones actuales de las BCI no existieran. 7. Bibliografía Chaudhary, U., Birbaumer, N., y Ramos-Murguialday, A. (2016). Brain-computer interfaces for communication and rehabilitation. Nature reviews. Neurology, 12, 513. Chavarriaga, R., Sobolewski, A., y Millán, J.d.R. (2015). Errare machinale est: the use of error-related potentials in brain-machine interfaces. Front. Neurosci. 8:208. Correa, A. (2008) Una caja de ritmos llamada cerebro: Moviendo objetos con la mente. Ciencia Cognitiva: Revista Electrónica de Divulgación, 2:1, 1-3. Correa, A. (2011). ¿Cómo podemos usar el móvil para comunicarnos mediante el pensamiento? Entrevista con Yijun Wang. Ciencia Cognitiva, 5:1, 7-10. Gehring, W. J., Goss, B., Coles, M. G., Meyer, D. E., y Donchin, E. (1993). A neural system for error detection and compensation. Psychological Science, 4, 385390. Lebedev, M. A., y Nicolelis, M. A. (2006). Brain–machine interfaces: past, present and future. Trends in Neurosciences, 29, 536-546. Luck, S. J. (2005). An introduction to the event-related potential technique. MIT press. Mohanchandra, K., Saha, S., y Lingaraju, G. M. (2015). EEG based brain computer interface for speech communication: principles and applications. En BrainComputer Interfaces (pp. 273-293). Springer International Publishing. Página 111 de 132 Neuroergonomía Nicolás-Alonso, L. F., y Gómez-Gil, J. (2012). Brain computer interfaces, a review. Sensors, 12, 1211-1279. Picton, T. W. (1992). The P300 wave of the human event-related potential. Journal of Clinical Neurophysiology, 9, 456-479. Prueckl, R., y Guger, C. (2009). A brain-computer interface based on steady state visual evoked potentials for controlling a robot. Bio-Inspired Systems: Computational and Ambient Intelligence, 690-697. Ramadan, R. A., Refat, S., Elshahed, M. A., y Ali, R. A. (2015). Basics of Brain Computer Interface. En Brain-Computer Interfaces (pp. 31-50). Springer International Publishing. Vaughan, T. M. (2003). Guest editorial brain-computer interface technology: a review of the second international meeting. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 11, 94-109. van Veen, V., y Carter, C. S. (2006). Error detection, correction, and prevention in the brain: a brief review of data and theories. Clinical EEG and Neuroscience, 37, 330-335. Ward, J. (2015). The student's guide to cognitive neuroscience. Psychology Press. Wolpaw, J. R., Birbaumer, N., McFarland, D. J., Pfurtscheller, G., y Vaughan, T. M. (2002). Brain–computer interfaces for communication and control. Clinical Neurophysiology, 113, 767-791. Página 112 de 132 Neuroergonomía Neuroergonomía Capítulo 7. Rehabilitación asistida por robots para pacientes con daño cerebral Autora: Mirta Mikac Página 113 de 132 Neuroergonomía Capítulo 7. Rehabilitación asistida por robots para pacientes con daño cerebral Índice de Contenidos 1. Resumen 2. Introducción 3. Accidente cerebrovascular 3.1. Accidente cerebrovascular isquémico 3.2. Accidente cerebrovascular hemorrágico 4. Psicología robótica 4.1. Clasificación de los robots 4.2. Rehabilitación de apoplejía asistida por robot 4.2.1. El robot Lokomat 5. Desafíos con los robots 5.1. El efecto del Valle Inquietante 5.2. Percepción de confianza y actitudes hacia los robots 5.3. Aspectos éticos en la robótica 6. Conclusiones 7. Preguntas de estudio 8. Bibliografía Página 114 de 132 Neuroergonomía 1. Resumen Con los avances tecnológicos, la medicina puede proporcionar un mejor tratamiento de rehabilitación a las personas necesitadas. Si bien la fisioterapia tradicional se sigue aplicando ampliamente para rehabilitar un accidente cerebrovascular, la rehabilitación asistida por robots está creciendo exponencialmente. Así, los dispositivos robóticos como Lokomat permiten a los supervivientes de accidentes cerebrovasculares experimentar una recuperación más rápida de las funciones motoras deterioradas y regresar al estilo de vida que tenían anteriormente. A pesar de las ventajas mencionadas, en el futuro se debería prestar más atención a la adaptación de las propiedades del robot de rehabilitación para extender su eficacia a diferentes grupos de pacientes. Por ejemplo, los supervivientes de accidentes cerebrovasculares con pérdida completa de funciones sensoriales y motoras aún no pueden disfrutar de los beneficios de este protocolo de rehabilitación. 2. Introducción El accidente cerebrovascular (ACV) se considera una de las principales causas de muerte en todo el mundo. Cada 40 segundos una persona se ve afectada por un derrame cerebral, mientras que cada 4 minutos una persona muere por ello (National Stroke Association, 2017). En España, 141 individuos de cada 100.000 habitantes sufren de apoplejía, mientras que el 12% de ellos muere dentro de las primeras 24 horas (Vega et al., 2009). Esta condición médica también es la principal causa de incapacidad permanente en Europa y Estados Unidos (Kolominsky-Rabas et al., 2001; Verbeek et al., 2011). Debido a las alteraciones neurológicas, la mayoría de los supervivientes de accidentes cerebrovasculares acaba por depender de otras personas (Kelley-Hayes et al., 2003). En general, el accidente cerebrovascular se asocia con la población de la tercera edad. Sin embargo, en la última década la incidencia de accidente cerebrovascular también se está observando en población más joven. El grupo de Página 115 de 132 Neuroergonomía niños menores de un año es particularmente susceptible a experimentar apoplejía. En el caso de los bebés menores de 30 días que sobrevivieron a un accidente cerebrovascular, el 42% de ellos mostró secuelas a modo de algún déficit en sus capacidades físicas (deVeber et al., 2000). Por el momento no existen tratamientos para la recuperación del tejido cerebral dañado durante el infarto cerebral. Sin embargo, los avances en tecnología permiten llevar a cabo intervenciones de rehabilitación eficaces para mejorar las habilidades funcionales de los supervivientes de un ACV (Di Pino et al., 2014). Con la intervención asistida por robot, los supervivientes pueden disfrutar de una rehabilitación segura y más rápida (Di Pino et al., 2014; Reinkersmeyer, et al., 2004; Hogan y Krebs, 2004) en comparación con la fisioterapia convencional (Lo et al., 2010; Klamroth-Marganska et al., 2014). El objetivo de este trabajo es analizar las opciones actuales de rehabilitación asistida por robots para los supervivientes de accidentes cerebrovasculares. En este capítulo además se discutirán los posibles problemas con el uso de estos robots. 3. Accidente cerebrovascular El derrame cerebral es una afección médica que ocurre debido a la interrupción en el suministro de oxígeno al cerebro. Con la privación de oxígeno, las células del cerebro mueren y se produce un infarto localizado. Dependiendo del área del infarto, el paciente sufre diferentes alteraciones neurológicas. La alteración más común es la pérdida de la función muscular (parálisis física parcial o completa), aunque la persona también puede experimentar una pérdida de equilibrio, afasia (incapacidad para producir o comprender el lenguaje), pérdida de visión, etc. Los accidentes cerebrovasculares se clasifican en dos categorías principales: hemorrágico e isquémico (National Stroke Association, 2017). 3.1. Accidente cerebrovascular isquémico El accidente cerebrovascular isquémico es el tipo más común de accidente cerebrovascular y con la mayor incidencia de discapacidad permanente. Es Página 116 de 132 Neuroergonomía causado por un fallo en el suministro sanguíneo al cerebro debido a la presencia de un coágulo de sangre en un vaso sanguíneo. En la mayoría de las ocasiones, el accidente cerebrovascular isquémico ocurre debido a una presión arterial alta. Sin embargo, las personas que consumen estimulantes, como la cocaína y la metanfetamina, también son susceptibles de experimentar este tipo de accidente cerebrovascular (National Stroke Association, 2017). 3.2. Accidente cerebrovascular hemorrágico El accidente cerebrovascular hemorrágico es causado por un sangrado en el cerebro como resultado del estallido de un vaso sanguíneo debido a una presión arterial alta (hipertensión), un aneurisma o una sobredosis con anticoagulantes. Aunque este tipo es menos común, representa alrededor del 40 por ciento de las muertes por accidente cerebrovascular (National Stroke Association, 2017). 4. Psicología robótica La psicología robótica es un campo multidisciplinar cuyo objetivo es estudiar y evaluar el grado de similitud entre las personas y los robots en los niveles sensoriomotor, cognitivo, emocional y social (Libin y Libin, 2004a). Al igual que los humanos, los robots también presentan diferencias individuales. Estas diferencias se manifiestan en el diseño de la apariencia física y del comportamiento de los robots, cuyo objetivo es facilitar la interacción con los humanos y satisfacer sus diversas necesidades (Libin y Libin, 2004a). 4.1. Clasificación de los robots Con los avances tecnológicos, las interacciones humanas con robots están creciendo exponencialmente, de modo que ya no sólo se utilizan en investigación y en procedimientos médicos, sino que su uso se extiende a tareas educativas y terapéuticas. Desde la perspectiva psicológica, es posible distinguir entre robots de asistencia y robots de estimulación interactivos, en función de la configuración de su comportamiento (Libin y Libin, 2004b). Página 117 de 132 Neuroergonomía Los robots de asistencia tienen apariencia de máquina y realizan movimientos físicos simples. Su función es potenciar las capacidades humanas y cubrir las necesidades de los humanos, por ejemplo, en contextos médicos (realizando diagnósticos y tratamientos clínicos) y militares (actuar en situaciones de riesgo para los humanos). Los robots de estimulación interactivos (robots sociales) tienen un aspecto antropomorfizado, es decir, que imita la apariencia humana. Su función principal consiste en interactuar con los humanos en un nivel más complejo, el cual involucra emociones y cognición social (Libin y Libin, 2004b). Se utilizan en actividades sociales (v.g., proporcionar compañía), terapéuticas (v.g., psicoterapia) y de rehabilitación, como se describe a continuación. 4.2. Rehabilitación de apoplejía asistida por robots Cuando se compara con la fisioterapia convencional, la rehabilitación robótica parece mostrar una mayor eficacia. Una forma de evaluar la efectividad de la rehabilitación consiste en comparar las puntuaciones de la Evaluación Fugl-Meyer (Duncan et al., 1983). Esta evaluación estandarizada del accidente cerebrovascular proporciona un índice de deterioro del superviviente en términos del funcionamiento sensoriomotor y de las articulaciones, del equilibrio y la percepción sensorial (a mayor puntuación menor deterioro; Fugl-Meyer et al., 1975; Ng et al., 2018). Las investigaciones que incluyen la evaluación estandarizada de Fugl-Meyer indican que los supervivientes de accidentes cerebrovasculares expuestos a rehabilitación robótica experimentan una mayor recuperación en un periodo de tiempo más corto que con rehabilitación sin dispositivo robótico (Di Pino, 2014; Reinkersmeyer et al., 2004; Hogan y Krebs, 2004). Por tanto, este enfoque tecnológico permite una rehabilitación segura y resultados más eficientes en un periodo de tiempo más corto. El objetivo del protocolo de rehabilitación robótica es estimular la reorganización cerebral para recuperar la actividad motora en la extremidad debilitada y asegurar la locomoción del paciente, sin embargo, aún no es posible restaurar el tejido dañado (Di Pino, 2014; Mehrholz et al., 2017). Página 118 de 132 Neuroergonomía Desafortunadamente, los pacientes sin actividad motora residual no pueden beneficiarse de esta rehabilitación, ya que los dispositivos robóticos actuales requieren el movimiento del paciente para la activación (Reinkersmeyer et al., 2004; Lum et al., 2002). 4.2.1. El robot Lokomat Lokomat es un dispositivo robótico que ayuda a los supervivientes de accidentes cerebrovasculares a recuperar o mejorar la capacidad de caminar. Consiste en una cinta de correr en la que el paciente camina mientras está suspendido de un arnés. El marco robótico del exoesqueleto está unido a las piernas del paciente (Figura 7.1). Figura 7.1. Configuración de Lokomat. Fotografía: Fondazione Santa Lucia Irccs. Los sensores dentro del exoesqueleto tienen las funciones de monitorear el patrón de la marcha y medir los cambios de fuerza, el rango y la resistencia del movimiento (Calabrò et al., 2016; van Kammen et al., 2017; Westlake y Patten, 2009). Página 119 de 132 Neuroergonomía Mientras camina, el paciente recibe una retroalimentación aumentada (a través del monitor se proporciona información de realidad virtual). La investigación sugiere que este tipo de retroalimentación aumenta la activación y el esfuerzo muscular, estimulando así la marcha y el equilibrio del paciente (Calabrò et al., 2017; Ronsee et al., 2011). Durante la retroalimentación aumentada, los pacientes están expuestos a tareas de recolección y evitación de objetos dentro de un entorno virtual. Calabrò y sus colegas (2017) compararon el resultado de la rehabilitación de Lokomat entre un grupo de pacientes expuesto a la tarea de realidad virtual con retroalimentación aumentada y un grupo que no realizaba la tarea virtual. Después de 40 sesiones, los datos de electroencefalografía indicaron que el uso de la realidad virtual activó áreas involucradas en la planificación y el aprendizaje motor (corteza premotora, precúneo y áreas visuales asociativas). Los autores de este estudio proponen que el sistema de neuronas espejo es activado durante la tarea de realidad virtual, produciendo un mejor rendimiento motor que permite a los pacientes recuperarse más rápido que cuando están expuestos a la fisioterapia convencional (Calabrò et al., 2017). Lokomat es también un ejemplo de dispositivo diseñado ergonómicamente. La retroalimentación aumentada no solo permite la participación activa del paciente durante el protocolo de rehabilitación, sino que la intensidad y el nivel de dificultad de la tarea son ajustables en función de la condición del paciente. Este dispositivo robótico también es fácilmente adaptable a los niños, lo que les permite disfrutar de los beneficios de este protocolo de forma segura con comentarios personalizados (Calabrò et al., 2016, 2017). 5. Desafíos con los robots Al crear dispositivos robóticos con el propósito de interactuar con humanos se deben tener en cuenta varios factores psicológicos como las emociones, la confianza y las actitudes que elicitan los robots sobre los humanos, o la ética sobre su uso, que se describen a continuación. Página 120 de 132 Neuroergonomía 5.1. El efecto del Valle Inquietante La tendencia humana a antropomorfizar puede ser un arma de doble filo cuando se trata de la interacción con robots. Un robot produce una respuesta emocional más positiva y empática conforme más se parece a un humano. Sin embargo, esta emoción positiva disminuye bruscamente al alcanzar un punto concreto de alta similitud entre robot y humano, llegando a provocar una respuesta emocional negativa de rechazo. Este cambio en la emoción que evoca el robot debido a su apariencia excesivamente humana se conoce como el efecto del Valle Inquietante. Después de observar las reacciones humanas a una mano protésica, Mori (1970) propuso la idea de que los humanos son vulnerables a las imperfecciones que se parecen mucho a sus partes del cuerpo. Por tanto, cuando se trata de dispositivos robóticos utilizados para la rehabilitación de un accidente cerebrovascular, habría que considerar la posibilidad de que algunos pacientes muestren aversión a esta técnica de rehabilitación, en línea con el efecto del valle inquietante. 5.2. Percepción de confianza y actitudes hacia los robots Las ideas preconcebidas de los humanos se basan en su experiencia personal, lo cual puede influir en su confianza hacia los robots. Las actitudes hacia la interacción y el uso de robots se pueden medir con la Escala de Actitudes Negativas hacia los Robots (Negative Attitudes towards Robots Scale-NARS). Esta escala abarca 3 dimensiones de actitudes negativas hacia los robots: interacción con robots, influencias sociales de robots y emociones en interacciones con robots (Nomura et al., 2006). Consiste de 14 enunciados, y el nivel de acuerdo sobre cada enunciado se expresa con una escala Likert de cinco puntos (1: totalmente en desacuerdo, 5: totalmente de acuerdo). Por ejemplo, el primer ítem quedaría traducido así: “Me sentiría inquieto si los robots realmente tuvieran emociones”. Usando esta escala, un estudio (Sanders et al., 2017) ha mostrado que las personas con exposición previa a los robots tienden a mostrar niveles de confianza Página 121 de 132 Neuroergonomía más altos y menores actitudes negativas hacia ellos. Además, los resultados indicaron que los agentes humanos generan una mayor confianza que los robots ejecutando las mismas tareas. Por tanto, se puede suponer que en el entorno de rehabilitación los pacientes preferirían que la intervención estuviera guiada por humanos. Los rasgos de personalidad (introvertida o extrovertida), tanto de los usuarios como de la conducta que manifiestan los robots, también afectan a la preferencia hacia los robots (por ejemplo, medida como la cantidad de tiempo que las personas interactúan con los robots; Tapus et al., 2008; Broadbent, 2017). En el estudio de Tapus et al. (2008) los pacientes con apoplejía fueron expuestos a un robot terapeuta que los supervisaba y los animaba durante su protocolo de rehabilitación. Los robots podían mostrar un rasgo de personalidad introvertido (se expresaban con un lenguaje más formal y con un tono más suave: “sé que es duro, pero recuerda que es por tu bien”), o un rasgo extrovertido (expresiones más directas y con un tono más enérgico: “¡vamos, tú puedes hacerlo!”). Los resultados indicaron que los pacientes extrovertidos calificaron a los robots terapeutas extrovertidos como más cercanos (y pasaron más tiempo interactuando con ellos) en comparación con los robots introvertidos, mientras que los pacientes introvertidos se sintieron más cercanos e interactuaban más con los robots introvertidos. En conjunto, estos resultados proporcionan directrices importantes sobre cómo la industria robótica debe construir robots sociales para reducir las actitudes negativas hacia estos dispositivos y mejorar los protocolos de rehabilitación para lograr la máxima eficiencia y el bienestar de los pacientes. 5.3. Aspectos éticos en la robótica En 1976, Joseph Weizenbaum expresó su preocupación por los efectos negativos que los avances tecnológicos podrían tener en el mundo. Consideró a la inteligencia artificial como una amenaza para la dignidad humana. Cuando se trata del desarrollo del campo robótico, la mayor preocupación se dirige a la pérdida de los puestos de trabajo que realizan los humanos. Weizenbaum abogó Página 122 de 132 Neuroergonomía enérgicamente por la noción de que la inteligencia artificial, en ninguna medida, debería usarse como un sustituto de la fuerza de trabajo humana, particularmente en aquellos puestos de trabajo donde el paciente deba recibir por parte del trabajador un trato basado en el respeto y el cuidado (Weizenbaum, 1976). El trabajo de un terapeuta cae en esta categoría, ya que cuando se administra terapia de rehabilitación el paciente necesita sentir empatía por parte del cuidador. Si bien ya ha habido varios intentos de crear robots con la posibilidad de provocar emociones (Breazeal et al., 2005), la pregunta principal es hasta qué punto deberíamos permitir el avance en la tecnología. ¿Cuándo es el momento adecuado para dejar de probar los límites de la inteligencia artificial? ¿Dónde debe trazarse la línea de lo que es aceptable y lo que no? ¿Qué es más ético: crear un robot sofisticado que pueda proporcionar la mejor atención de rehabilitación y reemplazar la mano de obra humana, o aceptar el hecho de que para algunas condiciones médicas la fuerza de trabajo humana puede ayudar a reducir el efecto del daño, pero sin ser posible la recuperación completa? Estas son algunas de las preguntas que la sociedad tendrá que responder en un futuro cercano. 6. Conclusiones El accidente cerebrovascular afecta a un gran número de personas en todo el mundo, dañando sus funciones motoras. Con respecto a las opciones de rehabilitación disponibles actualmente, la terapia robótica parece ser más eficiente que la fisioterapia convencional (Krebs et al., 2004; Hogan y Krebs, 2004; Reinkersmeyer et al., 2004; Lum et al., 2002). Aunque los resultados de la rehabilitación con robot sean más rápidos a la hora de restaurar la función motora, todavía quedan algunas cuestiones que resolver con respecto a este tipo de terapia. En primer lugar, el efecto de rehabilitación de la terapia robótica es eficiente solo para los supervivientes de un accidente cerebrovascular que tienen una capacidad motora relativamente preservada (Dobkin, 2004). Por lo tanto, se debe poner mayor énfasis en extender las propiedades robóticas para que los pacientes que sufren parálisis completa puedan disfrutar los beneficios de esta técnica de Página 123 de 132 Neuroergonomía rehabilitación. Otra posibilidad quizás sea la implementación de la estimulación cerebral no invasiva (véase el Capítulo 5) y la práctica mental dentro de la rehabilitación robótica. La rehabilitación con práctica mental se basa en que las imágenes mentales estimulan el área cerebral responsable de la parte del cuerpo que la persona quiere mover (Rizzolatti y Craighero, 2004; Lotze, et al. 1999). Además, parece que las técnicas de estimulación cerebral pueden mejorar la plasticidad sensoriomotora (Di Pino et al., 2014), aunque se requiere más investigación para evaluar su efectividad concreta para la rehabilitación del accidente cerebrovascular (Takeuchi y Izumi, 2012). Una segunda limitación es su alto coste económico actual, a pesar de que esta técnica garantiza una supervisión menos directa que permite al terapeuta controlar a varios pacientes al mismo tiempo (Di Pino et al., 2014; Reinkersmeyer et al., 2004; Hogan y Krebs, 2004; Wagner et al., 2011). En el futuro, esta rehabilitación debería ser más accesible para una mayor población. No obstante, dado que el bienestar del paciente debe ser la prioridad, también es importante tener en cuenta los aspectos psicológicos y éticos al desarrollar dispositivos robóticos sofisticados. Sin lugar a dudas, con los avances tecnológicos los ingenieros se acercan cada día más a la creación de robots más efectivos para maximizar los resultados de la rehabilitación. Sin embargo, esto no debería ser una excusa para reemplazar la fuerza laboral humana con dispositivos robóticos en los campos donde el respeto y el cuidado de las personas son esenciales. 7. Preguntas de estudio  Imagina que eres un superviviente de un accidente cerebrovascular con hemiparesia. ¿Qué tipo de rehabilitación preferirías: fisioterapia asistida por robot o fisioterapia convencional? Justifica tu respuesta.  ¿Deberían los dispositivos robóticos reemplazar a los humanos cuando se administra rehabilitación? Si tenemos robots precisos y bien programados, ¿necesitamos que los humanos trabajen en centros de rehabilitación? Página 124 de 132 Neuroergonomía  En tu opinión, ¿deberían los robots de rehabilitación mantener la apariencia actual o deberían obtener una apariencia humanoide?  ¿Cuáles son las ventajas potenciales de tener un robot con propiedades de BCI (brain computer interface) para fines de rehabilitación? 8. Bibliografía Breazeal, C., Buchsbaum, D., Gray, J., Gatenby, D., y Blumberg, B. (2005). Learning from and about others: Towards using imitation to bootstrap the social understanding of others by robots. Artif Life, 11, 31-62. Broadbent, E. (2017). Interactions with robots: The truths we reveal about ourselves. Annu. Rev. Psychol., 68, 627-652. Calabrò, R.C., Cacciola, A., Bertè, F., Manuli, A., Leo, A., Bramanti, A., … y Bramanti, P. (2016). Robotic gait rehabilitation and substitution devices in neurological disorders: Where are we now? Neurol Sci, 37, 503-514. Calabrò, R.C., Naro, A., Russo, M., Leo, A., De Luca, R., Balletta, T., … y Bramanti, P. (2017). The role of virtual reality in improving motor performance as revealed by EEG: A randomized clinical trial. J Neuroeng Rehabil, 14. deVeber, G.A., MacGregor, D., Curtis, R., y Mayank, S. (2000). Neurologic outcome in survivors of childhood arterial ischemic stroke and sinovenous thrombosis. J Child Neurol, 15, 316-324. Di Pino, G., Pellegrino, G., Assenza, G., Capone, F., Ferreri, F., Formica, D., … y Di Lazzaro, V. (2014). Modulation of brain plasticity in stroke: A novel model for neurorehabilitation. Nature Reviews. Neurology, 10, 597-608. Dobkin, B.H. (2004). Strategies for stroke rehabilitation. Lancet Neurol, 3, 528- 536. Duncan, P.W., Propst, M., y Nelson, S.G. (1983). Reliability of the Fugl-Meyer assessment of sensorimotor recovery following cerebrovascular accident. Phys Ther, 63, 1606-1610. Página 125 de 132 Neuroergonomía Fugl-Meyer, A.R., Jääsko, L., Leyman, I., Olsson, S., y Steglind, S. (1975). The post-stroke hemiplegic patient: A method for evaluation of physical performance. Scand J Rehabil Med, 7, 13-31. Hogan, N. y Krebs, H.I. (2004). Interactive robots for neuro-rehabilitation. Restor Neurol Neurosci, 22, 349-358. Kelley-Hayes M., B., A., Kase, C.S., Scaramucci, A., D’Agostino, R. B., y Wolf, P.A. (2003). The influence of gender and age on disability following ischemic stroke: The Framingham study. Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases, 12, 119-126. Klamroth-Marganska, V., Blanco, J., Campen, K., Curt, A., Dietz, V., Ettlin, T., ... y Reiner, R. (2014). Three-dimensional, task specific robot therapy of the arm after stroke: A multicentre, parallel-group randomised trial. Lancet Neurol., 13, 159-166. Kolominsky-Rabas, P.L., Weber, M., Gefeller, O., Neundoerfer, B., y Heuschmann, P.U. (2001). Epidemiology of ischemic stroke subtypes according to TOAST criteria: Incidence, recurrence, and long-term survival in ischemic stroke subtypes: A population-based study. Stroke, 32, 2735-2740. Libin, A. y Libin, E.V. (2004a). “Robotic psychology,” en Encyclopedia of Applied Psychology. San Francisco, CA: Academic. Libin, A. y Libin. E.V. (2004b). Person-robot interactions from the robopsychologists’ point of view: The robotic psychology and robotheraphy aaproach. Proceedings of the IEEE, 92, 1789-1803. Lo, A.C., Guarino, P.D., Richards, L.G., Haselkorn, J.K., Wittenberg, G.F., Federman, D.G., ... y Peduzzi, P. (2010). Robot-assisted therapy for long-term upper limb impairment after stroke. N Engl. J. Med, 362, 1772-1783. Lotze, M., Montoya, P., Erb, M., Hülsmann, E., Flor, H, Klose, U., … y Grodd, W. (1999). Activation of cortical and cerebellar motor areas during executed and imagined hand movements: An fMRI study. J Cogn Neurosci, 11, 491-501. Página 126 de 132 Neuroergonomía Lum, P.S., Burgar, C. G., Shor, P. C., Majmundar, M., y Van der Loos, M. (2002). Robot-assisted movement training compared with conventional therapy techniques for the rehabilitation of upper-limb motor function after stroke. Arch Phys Med Rehabil, 83, 952-959. Mehrholz, J., Thomas, S., Werner, C., Kugler, J., Pohl, M., y Elsner, B. (2017). Electromechanical-assisted training for walking after stroke. Cochrane Database Syst Rev., 5, CD006185. Mori, M. (1970). The uncanny valley. Energy, 7, 33-35. National Stroke Association (2017). What is Recuperado stroke? de: http://www.stroke.org/understand-stroke/what-stroke. Ng, S.M.M., Tse, M.M.Y., Tam, E.W.C., y Lai, C.Y.Y. (2017). Reliability and convergent validity of the five-step test in people with chronic stroke. J Rehabil Med. Nomura, T., Kanda, T., y Suzuki, T. (2006). Experimental investigation into influence of negative attitudes toward robots on human–robot interaction. AI & SOCIETY, 20, 138–150. Sanders, T.L., MacArthur, K., Volante, W., Hancock, G., MacGillivray, T., Shugars, W., y Hancock, P.A. (2017). Trust and prior experience in human-robot interaction. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society 2017 Annual Meeting, 1809-1813. Reinkensmeyer, D.J., Emken, J.L., y Cramer, S.C. (2004). Robotics, motor learning, and neurologic recovery. Annu Rev Biomed Eng. 6, 497-525. Rizzolatti, G., y Craighero, L. (2004). The mirror-neuron system. Annu Rev Neurosci, 27, 169-192. Ronsee, R., Puttemans, V., Coxon, J.P., Goble, D.J., Wagemans, J., Wenderoth, N., y Swinnen, S.P. (2011). Motor learning with augmented feedback: Modalitydependent behavioral and neural consequences. Cereb Cortex, 21, 1283-1294. Página 127 de 132 Neuroergonomía Takeuchi, N., y Izumi, S. (2012). Noninvasive brain stimulation for motor recovery after stroke: Mechanisms and future views. Stroke Res Treat., 2012, 584727. Tapus, A., Tapus, C., y Matarić, M.J. (2008). User-robot personality matching and assistive robot behavior adaptation for post-stroke rehabilitation therapy. Intel Serv Robotics, 1:169-183. van Kammen, K., Boonstra, A.M., van der Woude, L.H.V., Reinders-Messelink, H.A., y den Otter, R. (2017). Differences in muscle activity and temporal step parameters between Lokomat guided walking and treadmill walking in poststroke hemiparetic patients and healthy walkers. J Neuroeng Rehabil, 14. Veerbeek, J. M., Kwakkel, G., van Wegen, E. E., Ket, J. C., y Heymans, M. W. (2011). Early prediction of outcome of activities of daily living after stroke: A systematic review. Stroke, 42, 1482-1488. Vega, T., Zurriaga, O., Ramos, J.M., Gil, M., Alamo, R., Lozano, J.E., ... y Alvarez Mdel, M. (2009). Stroke in Spain: Epidemiologic incidence and patterns; A health sentinel network study. J Stroke Cerebrovasc Dis, 18, 11-16. Wagner, T.H., Lo, A.C., Peduzzi, P., Bravata, M.D., Huang, G.D., Krebs, H.I.,…y Guarino, P.D. (2011). An economic analysis of robot-assisted therapy for longterm upper-limb impairment after stroke. Stroke, 49, 2630-2632. Weizenbaum, J. (1976). Computer power and human reason: From judgment to calculation. New York, NY: W.H. Freeman & Co. Westlake, K.P. y Patten, C. (2009). Pilot study of Lokomat versus manual-assisted treadmill training for locomotor recovery post-stroke. J Neuroeng Rehabil, 6. Página 128 de 132 Neuroergonomía Glosario de términos Accidente cerebrovascular Antropomorfizado Arousal (activación fisiológica) Atención Automatización adaptativa Carga de trabajo mental Células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC) Cronotipo Cuestionario de Fallos Cognitivos (Cognitive Failures Questionnaire - CFQ) Decremento de Vigilancia Efecto del valle inquietante Electroencefalograma, Electroencefalografía (EEG) Entrenamiento cognitivo Escala Analógica Visual (VAS) Escala de actitudes negativas hacia los robots (NARS) Escala de Somnolencia de Stanford (SSS) Escala de somnolencia de Karolinska (KSS) Espectroscopía funcional por rayos cercanos al infrarrojo (NIRS, fNIRS) Estimulación magnética transcreaneal (TMS) Estimulación transcraneal directa por corriente continua (tDCS) Evaluación Fugl-Meyer Página 129 de 132 Neuroergonomía Interfaz cerebro-computadora (BCI) Luminoterapia Multitarea Negatividad asociada al error, error related negativity (ERN) P300, P3 Potenciales evocados relacionados con eventos (ERP) Psicología robótica Pupila Realidad virtual Recursos mentales (atencionales, cognitivos) Rehabilitación asistida por robots Relajación progresiva de Jacobson Retroalimentación aumentada Ritmos circadianos Robots sociales Simuladores Síndrome del trabajador a turnos Sobrecarga mental Tarea de la Atención Sostenida a la Respuesta (Sustained Attention to Response Task - SART) Técnicas no invasivas de estimulación cerebral Test de Ejecución Continua (Continuous Performance Test - CPT) Página 130 de 132 Neuroergonomía Test de Vigilancia Psicomotora (Psychomotor Vigilance Test - PVT) Test del Reloj Trabajo a turnos Vigilancia Página 131 de 132