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Mejora IPN implantes cocleares a través del desarrollo de un software

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• El proyecto del doctor José Luis Oropeza Rodríguez, del Centro de Investigación en Computación, se basa en el diseño de un software específico sobre la estrategia de Muestreo de Secuencia Continuo

A fin de proporcionar una mejor calidad de vida a las personas con hipoacusia o pérdida de la audición, el profesor e investigador José Luis Oropeza Rodríguez, del Centro de Investigación en Computación (CIC), del Instituto Politécnico Nacional (IPN), desarrolla un software basado en el modelo de funcionamiento de la cóclea, el órgano más importante del sistema auditivo, para mejorar la recepción de las prótesis auditivas.

La investigación del doctor Oropeza Rodríguez se basa en el diseño de un software específico basado en la estrategia CIS (Muestreo de Secuencia Continuo), relacionado con la selectividad de las frecuencias emitidas por los sonidos para obtener una señal cada vez más nítida.

“A lo largo de los últimos 30 años se han analizado experimentalmente tanto el sistema que produce la información como el que la recibe, y se ha demostrado que los modelos basados en la audición y las características que se han extraído sobre la fisiología y el análisis del oído, son los que han entregado mejores resultados para entender el funcionamiento del conjunto de complicadas tareas en las que se ven inmersas tanto el aparato reproductor de la voz como el receptor de la misma”, manifestó.

Como parte de un proyecto de la Secretaría de Investigación y Posgrado (SIP) del
IPN, que busca proponer un sistema basado en microelectromecanismos (MEMS) para implantes cocleares, el doctor en Ciencias de Computación explicó que los sistemas computacionales de reproducción del habla datan de 1950, y los electrónicos de 1930.

“Fueron justamente electrónicos los que en 1978 ya simulaban la audición con implantes cocleares comerciales. Se ha descubierto que los parámetros y modelos basados en la audición, que datan de 1980, han avanzado más con relación a los que se utilizan para la producción del habla, sobre todo en lo que a tareas de reconocimiento de voz por sistemas computacionales corresponde”, agregó.

El experto en reconocimiento y análisis de la voz dijo que un implante coclear es un dispositivo electrónico muy pequeño y complejo que proporciona el sentido de la audición, pero al tratarse de una prótesis, su funcionamiento no es igual al del órgano auditivo, de tal manera que la audición que una persona percibe con un implante coclear no se asemeja para nada a lo que los demás llegan a percibir.
“Los implantes cocleares son aparatos que transforman los sonidos y ruidos del medio ambiente en energía eléctrica capaz de actuar sobre las aferencias del nervio coclear (encargado de enviar las señales recibidas por la cóclea al cerebro donde son interpretadas como sonidos reconocibles)”, indicó.

También detalló que consisten básicamente en un micrófono que capta la señal acústica; un dispositivo que se encarga de realizar el procesamiento digital de señales; un transmisor y un sistema de control acoplado en la parte interna para posteriormente terminar con un conjunto de electrodos que se introducen en el lugar de la cóclea.

La Estrategia CIS, explicó el experto en reconocimiento de voz, consta de un micrófono, una parte de procesamiento digital de señales, un banco de filtros, detectores de envolvente (circuito eléctrico que recibe señales de alta frecuencia y detecta la evolución temporal en amplitud del sonido) y un generador de pulsos, que sería una especie de modulador que genera una señal digital o analógica.

“Con base en la estrategia CIS desarrollamos la estrategia CIS n-m y otra basada en formantes que son las características espectrales de la palabra hablada a través del uso de algoritmos de extracción característica. Actualmente se trabaja en desarrollar la estrategia HD-CIS que es un muestreo de secuencia de alta definición con derivaciones de estructura fina, que ya se encuentran en el mercado pero con la propuesta de utilizar análisis de señal con herramientas más actuales de las que se emplean actualmente”, acotó.

Durante la investigación que se desarrolla en el CIC del IPN, se ha llegado a proponer una solución a un modelo de funcionamiento de la cóclea basado en la ecuación del movimiento de onda en un medio acuoso y las diferencias de presión, tal y como sucede con la membrana basilar del oído interno.

“Propusimos una solución a este sistema de ecuación basada en la resonancia y diferencias de presión que existen en la membrana basilar que genera una onda, que estimula las células ciliadas, las cuales liberan iones transmisores que emiten la señal que llega al nervio auditivo, luego a las zonas del cerebro encargadas de la decodificación de dicha información”, detalló.

Con la solución de la ecuación del modelo mencionado, además de mejorar la parte electrónica de los implantes cocleares, podrán avanzar en las técnicas del reconocimiento de voz y generar de esta manera una nueva alternativa para elevar los porcentajes de reconocimiento de voz a través de un medio electrónico.

“Esto es lo que hemos desarrollado a nivel de software, pero ya contamos con una plataforma a nivel de hardware. Se trata de un prototipo hecho con una tarjeta de adquisición de datos de uso general, conectada a una computadora donde podemos cargar una señal de prueba en una frecuencia determinada con un filtro de preénfasis, el cual forma parte de una de las etapas de los implantes cocleares y que nos permite acentuar ciertas frecuencias, sobre todo las altas que van mejorando la señal captada”, destacó.

Para lograr el objetivo planteado por la SIP se cuenta con la participación de los doctores Sergio Suárez Guerra, Marco Antonio Ramírez Salinas, Oleksiy Pogrebnyak y Ricardo Barrón Fernández, del CIC, en las áreas de análisis y señales de voz, MEMS, procesamiento digital de señales y modelado.

Además, contribuyen en la investigación el profesor Mario Jiménez de la Escuela
Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) Unidad Zacatenco, en el reconocimiento de voz; el doctor Germán Santos, de la Escuela Superior de Física y Matemáticas (ESFM), en el área de modelado, y la doctora Lisset Carranco Hernández, del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (INER), única institución pública en México que trata implantes cocleares.

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