ES2391054A1

ES2391054A1 - Dispositivo adaptativo y multimodal de realimentación auditiva alterada para la tartamudez basado en un avatar neurofisiológico

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Publication number: ES2391054A1
Application number: ES201031813A
Authority: ES
Inventors: Manuel Augusto PRADO VELASCO
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: ES2391054A9; ES2391054B1

Abstract

Dispositivo adaptativo y multimodal de realimentación auditiva alterada para la tartamudez basado en un avatar neurofisiológico.Sistema para la reducción y tratamiento de la tartamudez del desarrollo basado en un modelo matemático neurofisiológico que pretende resolver el problema de pérdida de efectividad de los dispositivos actuales, por medio de una técnica de control adaptativa basada en el citado modelo matemático, y una realimentación multimodal de señales que permiten cuantificar en tiempo real la severidad de la tartamudez, tanto externa (percibida desde fuera), como interna (percibida solo por el sujeto con tartamudez). En el sistema participa un audífono inteligente (1), un conjunto de sensores inteligentes (2) y un asistente digital personal (3), todos conectados mediante una red personal inalámbrica.

Description

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto un sistema portable adaptativo y multimodal de realimentación auditiva alterada para la reducción de la tartamudez, basado en un modelo matemático neurofisiológico.

El sistema pretende resolver el problema de pérdida de efectividad que presentan los actuales dispositivos electrónicos de reducción de la tartamudez, asociada al carácter acomodativo del sistema sensorial, y en particular del auditivo. Para lograrlo utiliza una técnica de control adaptativa basada en un observador matemático neurofisiológico, que permite modular dos parámetros asociados al grado de tartamudez del sujeto, según un reciente modelo etiológico de la tartamudez. Estos parámetros son la percepción de ser supervisado u observado, y el rol de tartamudo. Por otra parte, el diseño de la invención, basado en algoritmos y modelos matemáticos programables, permite ajustar el sistema a nuevos datos científicos sobre su etiología.

El sistema está constituido por un audífono inteligente llevable de manera discreta por el sujeto, un conjunto de sensores inteligentes multimodales, y un asistente personal portable tipo Smartphone, todos conectados mediante una red personal inalámbrica, y se caracteriza porque el audífono ejecuta un algoritmo de realimentación auditiva alterada (AAF), definido de manera amplia, cuyos parámetros operativos son calculados en tiempo real mediante un algoritmo de control basado en un modelo matemático neurofisiológico reducido y personalizado, ambos ejecutados en el asistente personal utilizando la realimentación multimodal proporcionada por la captura de voz del audífono y las señales de los sensores inteligentes, entre las que se encuentran datos de electroencefalografía (EEG), electromiografía (EMG) y acelerometría (AC).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los dispositivos para la reducción de la tartamudez del desarrollo (la más común) basados en técnicas de realimentación auditiva alterada (AAF), tales como realimentación auditiva con retraso (DAF), realimentación auditiva con desplazamiento de frecuencia (F AF) o realimentación enmascarada por ruido (MAF), tanto monoaural como biaural, han demostrado su capacidad para conseguir reducciones de la tartamudez entre un 40 % y un 80 % a corto plazo. El efecto de mejora de la fluencia es todavía más potente cuando se usan técnicas combinadas, y especialmente con habla coral (en paralelo con otra voz), pidiendo llegar a un 100 %. Para conseguir altas tasas de efectividad es necesario ajustar los parámetros de retraso (DAF) y cambio de frecuencia (FAF) a cada sujeto en una fase inicial de personalización. Una lista relevante y actualizada de estos estudios aparece en [Prado-Velasco M, Fernández-Peruchena C (2011) An advanced concept of altered auditory feedback as a prosthesis-therapy for stuttering founded on a non-speech etiologic paradigm, in Handbook of Research on Personal Autonomy Technologies and Disability Informatics, pp 76-118, Hershey, United States: Medical Information Science Reference], que será publicado en 2011. No obstante, y aunque existen muchos estudios experimentales sobre el efecto de estas técnicas, no hay un

consenso sobre qué técnica o combinación de ellas es más efectiva para inhibir la

tartamudez.

Existen diferentes sistemas comerciales en el mercado desde hace

décadas, los cuales han evolucionado gracias a los avances tecnológicos en

5: microelectrónica y procesado de señales, pudiendo destacar los de Casa Futura

Technologies, que ha presentado recientemente una actualización de su sistema

"Pocket Fluency System", denominado PSL, el cual proporciona una combinación

de DAF, FAF, y MAF (30 -200 ms para DAF, +0.4 a -1.2 octavas para FAF,

ajustables por el usuario). VoiceAmp comercializa su sistema VoiceAmp 601

1 O: combinando DAF y F AF con similares rangos de variación de los parámetros

operativos. Existen otros sistemas orientados a su uso en laboratorio, e incluso

versiones del algoritmo desarrolladas para ser descargadas y ejecutadas como

software instalable en un Smartphone (Pocket DAF IFAF Assistant de Artefact Soft,

con rangos de 50 -250 ms para DAF y -0.5 a +0.5 octavas para F AF), conectado a

15: su vez con un headset (micrófono + auricular) inalámbrico.

Los avances en tecnologías electrónicas y nuevos diseños han logrado

reducir de manera importante el tamaño de los sistemas electrónicos de AAF, que

pueden ser llevados actualmente incluso en el interior del canal auditivo, de manera

discreta. Esta especificación es muy importante para la lograr la aceptación de estos

20: dispositivos entre la población con tartamudez. Un ejemplo de estos es el dispositivo

conocido comercialmente como SpeechEasy™, bajo protección industrial U.S.

Patent No. 5.961.443, que dispone de tres versiones: BTE (detrás de la oreja), rTC

(en el canal) y ere (completamente en el canal). La versión BTE es similar a los

audífonos modernos que se utilizan para sujetos con problemas auditivos, así como

25: a los headsets utilizados en dispositivos móviles y computadores. Las versiones rTC

y ere van parcial o totalmente introducidas en el canal auditivo.

Los audífonos modernos integran microprocesadores de diferentes tipos

para el procesado de la señal de audio, permitiendo por ejemplo la cancelación de

ruido de fondo. El dispositivo headset BT530 Bluetooth, es un ejemplo

recientemente comercializado por Jabra, que incorpora un procesador digital de

5: señal (DSP) para la cancelación de ruido de fondo y control inteligente de sonido,

transmisión inalámbrica Bluetooth 2.0 EDR (velocidad mejorada hasta 3 Mbit/s),

con un tamaño de 48 x 18 x 12.5 mm, y una autonomía de 5.5 hrs de funcionamiento

activo.

Sin embargo, los avances actuales y dispositivos anteriores no son

1O: capaces de evitar la pérdida de efectividad asociada a la acomodación del sistema

sensorial a la realimentación AAF, con la consiguiente reducción de su efecto de

mejora en la fluidez. El efecto acomodativo depende de cada sujeto, pero en general

puede ser bastante rápido (pocos días), lo que provoca una pérdida de confianza en

este tipo de sistemas. Otro defecto de estos es su incapacidad para limitar la

15: variabilidad de eficacia asociada al cambio del contexto y situación vivencia! del

sujeto tartamudo en cada momento.

Para intentar resolverlo se ideo un sistema protegido bajo la patente

PCT /US2006/031920, denominado "Adaptation Resistant Anti -stuttering devices

and related methods" (Dispositivos anti-tartamudez resistentes a la adaptación y

20: métodos relacionados), el cual modifica los parámetros operativos del algoritmo

AAF para evitar la citada acomodación. Dicho sistema automatiza y mejora el

protocolo que siguen algunos usuarios de sistemas AAF que vuelven

periódicamente a la clínica (e.g. mensualmente) para que se les corrija la adaptación

sensorial al AAF. Los métodos protegidos en dicha patente se basan en una

25: definición del concepto de AAF no limitada a las clásicas DAF, FAF, y MAF,

aplicando técnicas que añaden efectos de sonido cambiantes de casi cualquier tipo,

además de modificaciones en los parámetros operativos de las técnicas F AF, DAF y

MAF, para minimizar la tartamudez.

La metodología que subyace y se reivindica en dicha patente

(PCT IUS2006/031920) consiste en una modificación la realimentación auditiva para

5: mejorar la fluencia, a voluntad (sua sponte) del dispositivo, pero no define ninguna

ley o técnica que sirva de guía. De hecho, pese a la amplitud de efectos y cambios

que pueden introducirse en la AAF, su control queda reducido a programaciones

temporales, o incluso al azar, según las características del sujeto. Otra característica

reivindicada en el citado sistema consiste en no requerir elementos externos para su

1O: funcionamiento, aunque se incluye la posibilidad de trabajo en modo biaural (dos

auriculares) en concierto. Dicho sistema no ha demostrado aún su capacidad para

resolver el problema de acomodación sensitiva y pérdida de efectividad de la técnica

AAF.

Otra patente reciente que aborda un dispositivo electrónico nuevo para

15: reducir la tartamudez que resulta pertinente citar es "Stuttering treatment methods

and apparatus" United States Patent Application 4020567, el cual utiliza un

accesorio situado en la dentadura o en otra estructura ósea (por ejemplo mandibular)

para retransmitir la señal de voz del sujeto aplicándole DAF o FAF, ajustada

mediante las frecuencias a las que el sonido se transmite por dichas estructuras

20: corporales. Su principal objetivo es evitar disponer de un audífono externo.

La revisión del estado del arte en bases de datos de patentes y

publicaciones arroja progresivas mejoras en los dispositivos electrónicos, métodos

digitales para generar la AAF, y asuntos similares.

En síntesis, los sistemas actuales de mejora de la fluencia basados en

25: técnicas AAF presentan un potencial importante, y han resuelto en buena medida el

problema de discreción gracias a los avances en tecnologías microelectrónicas, pero

el problema de pérdida de efectividad aún persiste. A esta limitación se une la incapacidad de los dispositivos electrónicos actuales para tener en cuenta la tartamudez interna, esto es, los quale (sensaciones internas) de bloqueo del sujeto tartamudo, e incluirlos en el objetivo de minimización del grado de severidad de la tartamudez, con el fin de reducir la ansiedad y facilitar la comunicación expresiva. La importancia de los quale de bloqueo es ampliamente reconocida por la comunidad científica, por su influencia en el desarrollo de la tartamudez, así como en los mecanismos de anticipación y evitación de las palabras o elementos base de la comunicación expresiva. Posiblemente, como se argumenta en [Prado-Velasco & Fernández-Peruchena (2011)] antes citado, su supervisión y reducción, por medios apropiados, pudieran ser claves en el desarrollo de una terapia para la tartamudez del desarrollo. Otra carencia de los dispositivos actuales es su carácter puramente empirista, sin base en una etiología definida que sirva de orientación a los mecanismos de actuación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención presenta un nuevo sistema protésico y terapéutico para la tartamudez del desarrollo, con capacidad para resolver el problema de pérdida de efectividad de los dispositivos actuales mediante una modificación dirigida de la AAF, por medio de un control adaptativo apoyado en un modelo neurofisiológico reducido (simplificado) y personalizado al usuario. El algoritmo de control se alimenta de variables del modelo, y de sensores multimodales inteligentes llevables, lo que supone una solución innovadora por atender también a la tartamudez interna, computando en tiempo real el grado de severidad de la tartamudez. La presencia de

un modelo matemático personalizado alimentado por los sensores y el propio

audífono, que puede ajustar sus parámetros en base a esta información para

evolucionar con el sujeto, a largo plazo y a corto plazo (cambios de contexto por

ejemplo), permite estimar, de manera similar a como se realiza en otros tipos de

5: sistemas físicos en ingeniería, variables relacionadas con la tartamudez diferentes a

la voz, las cuales no son medidas mediante instrumentos. El modelo matemático

neurofisiológico reducido se centra en los sistemas a los que apunta el modelo

etiológico presentado en [Prado-Velasco & Fernández-Peruchena (2011)], lo que

permite guiar las modificaciones del algoritmo AAF, a diferencia del dispositivo

1 O: patentado citado arriba (PCT IUS2006/031920).

De acuerdo con la reivindicación 1 a el sistema está constituido por un

audífono inteligente (1) portado por el sujeto, un conjunto de sensores inteligentes

(2), y un asistente digital personal portable (3), todos conectados mediante una red

personal inalámbrica, y se caracteriza porque el audífono inteligente ejecuta un

15: algoritmo de realimentación auditiva alterada (AAF), cuyos parámetros operativos

son definidos en tiempo real mediante un algoritmo de control basado en un modelo

matemático neurofisiológico simplificado y personalizado, ejecutado en el asistente

personal portable, con el objetivo de minimizar la tartamudez.

El audífono inteligente se caracteriza por presentar características

20: similares a los audífonos revisados en el estado de la técnica, incluyendo

microprocesador, transceptor integrado para comunicaciones inalámbricas, antena,

micrófono y auricular, además de circuitería auxiliar para asegurar el correcto

funcionamiento, gestión de fallos de hardware, y posibilitar la detección de errores

desde el asistente personal portable para maximizar la fiabilidad y seguridad.

25: Los sensores inteligentes son sensores con capacidad de procesado y

tratamiento de los datos capturados. Utilizan un transceptor integrado y antena para

las comunicaciones dentro de la red personal inalámbrica, así como otra circuitería

auxiliar de manera similar al audífono. La capacidad de proceso de los sensores

persigue añadir una primera capa de extracción de características y personalización

de las señales, antes de su tratamiento en el asistente personal portable. Esta

5: separación de tareas reduce la carga de proceso del último, optimiza la ocupación

del canal de comunicaciones, incrementa la autonomía de los sensores (al reducir el

tráfico de datos), y en suma incrementa la eficiencia del sistema completo. El

concepto de sensor inteligente pertenece a la punta de lanza de la investigación

actual, pero ya existe tecnología apropiada para su desarrollo, y no es objeto de

1 O: reivindicación de la presente patente. Aunque no es explicitado en la reivindicación

1a, para lograr la discreción del sistema en situaciones de la vida real los sensores

deben ser llevables de forma discreta. Existen desarrollos comerciales, de

investigación aplicada, y patentes, que utilizan sensores basados en tecnologías

MEMS (sistemas microelectromecánicos) y NEMS (nanoelectromecánicos), por

15: ejemplos en sensores acelerométricos que son utilizados en sistemas inteligentes

llevables, así como electrodos híbridos para EEG que son capaces de superar el

efecto triboeléctrico de acumulación de carga estática que aparece en estos sensores

cuando no están en contacto directo con la piel, mediante unas microprolongaciones

que alcanzan el cuello cabelludo ( e.g. electrodos híbridos EEG de QUASAR). Los

20: electrodos para electromiografía también han alcanzado un tamaño, discreción y

portabilidad que permite llevarlos en entornos cotidianos. Existen igualmente

importantes avances en algoritmos capaces de eliminar artefactos de estas señales

que pudieran dificultar el análisis de la señal útil, y que han demostrado la

posibilidad de utilizar la EEG para extraer información acerca de la severidad de la

25: tartamudez, y estudios sobre EMG que han demostrado la posibilidad de utilizar las

señales de músculos del tracto vocal para reconocimiento de voz "sub-auditiva" (no

pronunciada).

De acuerdo con la reivindicación 2a el sistema se caracteriza por la

separación del algoritmo AAF, ejecutado en el audífono inteligente, del algoritmo

de control de los parámetros del AAF, ejecutado en el asistente personal portable.

5: Esta arquitectura distribuida y modular permite limitar la carga de procesado y

consumo del audífono, para facilitar su discreción y portabilidad, y aporta una

potencia de procesado esencial para la ejecución de un modelo neurofisiológico

reducido, adaptado al sujeto.

Un aspecto diferencial de la invención es su capacidad de computar en

1 O: tiempo real un índice de severidad de la tartamudez que contemple tanto la externa o

explícita, como la interna o percibida solo por el sujeto tartamudo. Para ello utiliza

magnitudes de diferente naturaleza, no solo oral, con las que realimenta al

controlador. De acuerdo con la reivindicación 4a, las señales capturadas incluyen

siempre la voz del sujeto mediante el audífono (1) y pueden incluir, entre otras,

15: señales de EEG, EMG yAC, aportando el carácter multimodal citado. Las señales

de EEG han demostrado proporcionar información diferencial en el patrón de ciertas

regiones corticales, en tartamudos y no tartamudos. Las señales de EMG permiten

detectar bloqueos silentes e incluso elementos de comunicación vocal que no están

logrando ser convertidos en señales orales. Las señales de acelerometría son muy

20: importantes para introducir en el índice de tartamudez las características quinésicas

de la comunicación ligadas a movimientos gestuales. La integración de este

conjunto, no limitado, de señales multimodales permite medir la tartamudez externa

y la interna, de acuerdo a la reivindicación 6a.

Las leyes que gobiernan el controlador adaptativo que modifica los

25: parámetros y efectos del AAF, de acuerdo con la reivindicación 7a, persiguen dos

objetivos implicados en la tarea de comunicación expresiva. Como comunicación

expresiva se incluye no solo la comunicación oral, smo también tareas comunicativas como tocar un instrumento, escribir, o utilizar el lenguaje de signos. Estas últimas comparten características relevantes con la comunicación oral, y de acuerdo con el modelo etiológico desarrollado en [Prado-Velasco & Fernández-Peruchena (2011)], la tartamudez asociada a ellas presenta las mismas bases etiológicas que la tartamudez oral. Los dos objetivos antes mencionados que persigue el control adaptativo son el enmascaramiento de la comunicación que percibe en propio sujeto tartamudo, y la modificación de su rol personal como sujeto que tartamudea. Se usa para ello un algoritmo AAF generalizado, que incluye tanto las técnicas clásicas de alteración de la realimentación auditiva, que son fundamentalmente (pero no únicamente) la asociada al retraso (DAF), al tono (F AF), o a máscaras de sonido con diferentes espectros frecuenciales (MAF), como su combinación con efectos de sonido. La técnica tipo MAF actúa principalmente enmascarando la comunicación emitida y percibida por el sujeto, mientras que la técnica F AF parece tener una influencia mayor en el rol.

De acuerdo a la reivindicación ga y a lo descrito anteriormente, la invención se caracteriza por no limitarse a la tartamudez oral, debido al origen común de los bloqueos en ella y en otras tareas comunicativas expresivas. Este es un concepto desarrollado muy recientemente [Prado-Velasco & Fernández-Peruchena (2011], que extiende de manera significativa el alcance e interés tanto clínico como de investigación, de la invención que se describe.

Por otro lado, la posibilidad de ajustar y reprogramar tanto los programas que implementan el modelo neurofisiológico y algoritmo de control adaptativo, ejecutados en el asistente digital personal, como las técnicas de pre-procesado y obtención de características de las señales, ejecutadas en los sensores inteligentes, y el AAF implementado en el audífono inteligente, de acuerdo a reivindicación 5a,

permiten atender a nuevos resultados científicos relativos a la etiología del

desorden, modificando o ajustando los objetivos perseguidos en la reivindicación 7a.

El sistema que aquí se protege no se limita a contextos cotidianos de los

sujetos que tartamudean, donde la discreción de los sensores es necesaria para su

5: aceptación, sino que de acuerdo a la reivindicación ga puede ser utilizado en

sesiones de terapia e investigación, y utilizar sensores cuyo tamaño impide su

discreción, como por ejemplo (y en la actualidad) los cascos con matrices de

SQUIDs (dispositivo superconductor de interferencia cuántica), aprovechando la

combinación de alta resolución temporal y espacial que ofrecen. En sesiones de

1 O: terapia e investigación el modelo o avatar neurofisiológico puede ser mucho más

complejo y permitir avanzar en el entendimiento de los mecanismos cerebrales

implicados, así como generar modelos reducidos personalizados que sean

posteriormente ejecutados en la versión llevable.

Las capacidades de procesado y comunicaciones de los modernos

15: teléfonos inteligentes o Smartphones los avalan como asistentes digitales personales

portables apropiados para la ejecución del avatar neurofisiológico y algoritmo del

control del AAF. Esto permite, de acuerdo a la reivindicación 3a, emplear el

asistente digital personal portable para comunicarse con un centro proveedor de

servicios de información y comunicaciones y facilitar el seguimiento de la evolución

20: del sujeto, así como la adquisición de información para tareas de mejora terapéutica

e investigación.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

25: Con el fin de complementar y clarificar la descripción de la invención que

se presenta, se acompaña como parte integrante de la memoria un dibujo de carácter

ilustrativo y no limitativo, Figura 1, donde se muestra una representación esquemática

del dispositivo adaptativo y multimodal de realimentación auditiva alterada para la

tartamudez basado en avatar neurofisiológico.

La figura ilustra los elementos que constituyen el dispositivo, presentando

5: un audífono monoaural ( 1) que estaría llevado en el canal auditivo o externamente,

apoyado en el pabellón auditivo, como la mayoría de "headsets" inalámbricos

modernos. También muestra varios sensores inteligentes adicionales situados en

algunas posiciones de referencia, como son el área temporal para la medida de EEG

(2a), la zona externa garganta a la altura de la laringe para medición de EMG (2b ), y

1 O: una posición de ejemplo para captura de aceleraciones corporales (2c ). Tanto los

sensores como las zonas indicadas son ejemplos que no limitan el alcance del

dispositivo. Se hace referencia a la totalidad de los posibles sensores inteligentes

utilizados por (2).

La figura también presenta el asistente digital personal (3), conectado con

15: los elementos (1) y (2) por medio de una red de comunicación de área personal.

No se presentan figuras adicionales para ilustrar el interior de los

elementos citados, porque su hardware y nomenclatura es bien conocida y aceptada, y

no es objeto de reivindicación de la presente invención.

20

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La figura que acompaña presenta una arquitectura y ejemplo de realización

que ilustra, pero no limita, la invención. De acuerdo con dicha figura el sistema que la

25: invención propone participa de un audífono inteligente monoaural (1 ), discreto y

llevable, tres sensores inteligentes y llevables para la medición de EEG en la zona

temporal del cerebro (2a), medición de la EMG en la zona laríngea (2b ), y medición

de aceleraciones corporales en una zona alta del tronco superior (2c ), así como un

asistente digital personal (3).

En esta realización se emplea un Smartphone o teléfono celular con un

5: sistema operativo abierto, Android, de Google Inc., como asistente digital personal

(3). La red personal inalámbrica utiliza tecnología Bluetooth 2.1 (compatible EDR) o

superior para la comunicación con el audífono (1 ), y una tecnología de transmisión

inalámbrica de muy bajo consumo y control de acceso al medio (MAC) libre, en la

banda de aparatos industriales-científicos-médicos (ICM) (868/915 MHz), para la

1 O: comunicación con los sensores inteligentes (2). Esta suma de tecnologías de

comunicación optimiza la autonomía de los sensores para las tasas de comunicación

que necesitan, de hasta 50 kbps con la tecnología de comunicación de bajo consumo, y

ofrece una solución de calidad y eficiente en consumo para la comunicación y

procesado de la señal de voz.

15: En los sensores inteligentes, además de los electrodos EEG/EMG, sensor

acelerométrico basado en tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS),

microcontrolador de bajo consumo, y otra circuitería auxiliar estándar, se emplea el

circuito integrado TZ1053 desarrollado por la compañía Toumaz UK Ltd., con

modulación FSK (desplazamiento de frecuencia) y GFSK (desplazamiento de

20: frecuencia gaussiana), como transceptor integrado de muy bajo consumo, 3 mW a 1 V

de alimentación, para la comunicación en la banda ICM. El circuito TZ1053 incluye

además un microprocesador para la gestión del protocolo de comunicación, memoria y

convertidor analógico digital de 11 bits. Los sensores inteligentes llevables ilustrados

en esta realización preferente utilizan además una antena cerámica omnidireccional de

25: pequeño tamaño (existen varias soluciones comerciales, por ejemplo el modelo

0868AT43A0020 de Johanson Technology, con dimensiones 7x2x0.8 mm y una

ganancia media de -4 dBi diseñada para la banda ICM Europea), permitiendo la discreción que se necesita. Se utiliza un electrodo EEG capacitivo, sin contacto con el cuero cabelludo, de la casa QUASAR, capaz de minimizar el efecto triboléctrico por medio de unas microprolongaciones que presenta en su diseño. Este tipo de electrodo simplifica el problema de la medición de EEG asociado a la presencia de cabello capilar.

El audífono inteligente integra un procesador digital de señal (DSP), headset (micrófono y auricular), y un transceptor integrado para Bluetooth 2.1 o posterior. Existen varias soluciones comerciales apropiadas, como los circuitos integrados CSR88lx de CSR plc., que incluyen transceptor para Bluetooth v3.0 (compatible 2.1 ), soporte para Bluetooth v 4.0, y el estándar IEEE 802.11 (WIFI), así como un DSP y CODECs especializados en el tratamiento de voz, memoria flash, cargador de batería de litio, y convertidor de continua DC/DC. Las tecnologías Bluetooth de estos circuitos integrados (CSR88lx) proporcionan velocidades de hasta 54 Mbps y relaciones consumo/velocidad mucho mejores que las de la tecnología Zigbee, que no es utilizada en esta realización preferente por dicho motivo.

El asistente digital personal (3) basado en un Smartphone con el sistema operativo Android de la presente realización soporta las dos tecnologías de comunicación citadas para la red personal inalámbrica. La tecnología Bluetooth 2.1 o superior viene integrada de serie en el Smartphone. La mayoría de estos dispositivos la soportan en la actualidad y las prospectivas de mercado apoyan su continuidad y progreso a versiones superiores, compatibles. El Smartphone incluye además un módulo USB del tamaño de una tarjeta de memoria microSD para la comunicación con los sensores inteligentes a través de la banda inalámbrica ICM. Este módulo incluye un circuito integrado TZ1053, antena cerámica, un conversor RS232-USB, y un convertidor de alimentación DC-DC mediante el cual se proporciona alimentación al TZ1053, utilizando la energía del Smartphone.

En esta realización preferente el asistente digital personal mantiene una comunicación continua y en tiempo real con un centro proveedor de servicios a través de protocolo TCP IIP sobre una conexión celular 30, con una tarifa plana de tráfico de datos.

En esta realización preferente, el modelo matemático neurofisiológico, personalizado al usuario, emplea una metodología de parámetros concentrados para describir el sistema tálamo-cortical asociado a las tareas comunicativas expresivas de interés, así como los bucles de entrada y salida hacia los ganglios basales, de acuerdo a [Prado-Velasco & Fernández-Peruchena (2011)] antes citado. Éste modelo es implementado en código Java y ejecutado en el Smartphone, aprovechando la hipótesis del núcleo dinámico [Tononi G, Edelman GM (1998) Consciousness and Complexity. Science 282(5395): 1846-1851] como estrategia para evaluar la dinámica neuronal mediante medidas de complejidad y entropía, sobre las que basa parcialmente la cuantificación en tiempo real del grado de severidad de la tartamudez interna.

El alcance, complejidad y metodología del modelo matemático no se encuentran limitados, pudiendo emplearse incluso modelos distribuidos o con implementaciones basadas en neuronas individuales conectadas de acuerdo a sus proyecciOnes neuroanatómicas, en realizaciones no llevables, para su uso en laboratorio.

El lazo de control utiliza técnicas de control adaptativo, basándose en el modelo matemático anterior como observador del sistema, y planteando como objetivo minimizar un índice combinado de tartamudez externa -interna. La definición de este índice se basa en lo indicado en la descripción de la invención y supone una guía objetiva y contrastable ( e.g. puede verificarse experimentalmente su

efectividad) para definir las ecuaciones que gobiernan la variación en tiempo real de

los parámetros y efectos de sonido del sistema de realimentación auditiva alterada

residente en el audífono.

Los sensores inteligentes y el audífono implementan técnicas para eliminar

5: artefactos (ruidos) de las señales, y reducir la dimensionalidad (y por tanto la

complejidad complejidad) de la señal enviada al Smartphone, incluyendo técnicas

basadas en la transformada Wavelet, Fourier, o máquinas de vectores soporte (SVM),

entre otras. Cuando la carga de proceso de la técnica de procesado o extracción de

características: es excesiva para el sensor inteligente, esta puede desplazarse

1 O: parcialmente al Smartphone, para formar parte del algoritmo de control, aprovechando

la arquitectura distribuida del sistema propuesto por la invención.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, que estando constituido por un audífono inteligente (1) portado por el sujeto, un conjunto de sensores inteligentes (2), y un computador personal portable (tipo Smartphone) (3), todos conectados mediante una red personal inalámbrica de bajo consumo, se caracteriza porque el audífono inteligente ejecuta un algoritmo de realimentación auditiva alterada (AAF), cuyos parámetros operativos son definidos en tiempo real mediante un algoritmo de control, que utiliza a su vez un modelo matemático neurofisiológico personalizado de tipo estructural y determinista, siendo el algoritmo de control y el modelo ejecutados en el Smartphone.

2ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, según reivindicación 1ª, caracterizado por el carácter distribuido de sus elementos constituyentes. De tal manera que el algoritmo AAF es ejecutado en el audífono inteligente, situado en el oído del sujeto, el algoritmo de control y el modelo matemático neurofisiológico personalizado son ejecutados por el computador digital portable, y la información necesaria para la personalización en tiempo real (adaptación) del modelo matemático es capturada por los sensores inteligentes, situados en posiciones diferentes.

3ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el computador personal portable (3) dispone de un sistema de comunicación de largo alcance, por medio del cual se puede habilitar el seguimiento de la evolución del sujeto y la adquisición de información.

4ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, según reivindicación 1ª, caracterizado porque las señales capturadas por los sensores incluyen siempre la voz del sujeto (sensor en audífono), señales de electroencefalografía (EEG), y señales de electromiografía (EMG), estas dos últimas mediante sensores discretos y llevables, y puede incluir, de manera no limitativa, señales de acelerometría (AC), obtenidas por sensores basados en tecnología microelectromecánica (MEMS). Estas señales alimentan el modelo matemático personalizado mediante la red personal inalámbrica.

5ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, según reivindicación 1ª, caracterizado porque los programas que implementan el modelo neurofisiológico y algoritmo de control en el dispositivo (3), así como los algoritmos que pre-procesan las señales capturadas por los sensores inteligentes (2), y el propio algoritmo de realimentación auditiva alterada (AAF) en (1), pueden ser modificados sobre un sistema en operación. Para ello el computador personal portable está programado para recibir los nuevos programas de manera inalámbrica a través del canal de comunicación de largo alcance, y grabar el nuevo modelo y algoritmo de control en su memoria interna (tipo EEPROM), así como para gestionar el envío del AAF modificado al audífono, y de los algoritmos de pre-procesado a los sensores, los cuales también disponen memoria para su grabación (RAM o flash).

6ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el índice de severidad de la tartamudez es computado como parte del algoritmo de control, ejecutado en el computador personal inalámbrico, y combina variables asociadas a tartamudez externa (voz), con señales asociadas a tartamudez interna (EEG, EMG).

7ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el algoritmo AAF que implementa el audífono está diseñado para actuar de manera controlada sobre dos aspectos de la comunicación expresiva. El primero es el grado de enmascaramiento de la comunicación, tal como la percibe el sujeto, para lo que modula las propiedades de la máscara de sonido MAF (espectro, amplitud, y efectos de sonido). El segundo es la modificación del rol personal del sujeto, para lo que controla las propiedades del DAF y del FAF.

8ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, según reivindicación 1ª, caracterizado por su capacidad para utilizar señales de acelerometría (AC) de diferentes posiciones corporales para cuantificar la influencia de la comunicación quinésica en el índice de severidad de la tartamudez oral, y por su capacidad para utilizar señales AC de elementos no corporales (arco de un violín, bolígrafo, etc.) para cuantificar la influencia de la actividad cinemática en el índice de severidad de la tartamudez no oral.

9ª.- Sistema portable adaptativo basado en avatar neurofisiológico para la reducción de la tartamudez, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el computador personal portable implementa una tecnología de comunicación de datos para la transferencia de información vía red WAN (de amplio alcance), en tiempo real, con una plataforma de computación de gran capacidad, donde se ejecuta un modelo matemático neurofisiológico estructural complejo que puede sustituir al del computador portable, aumentando la precisión y ampliando la diversidad de variables tratadas en la determinación del índice de severidad de tartamudez, con fines terapéuticos y de investigación.