La neurociencia al volante

Mehul Nayak

28 abr 2022

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Escrito por el Dr. Nikolas Williams, científico investigador de EMOTIV.

Hace varios meses volví a EE. UU. después de vivir ocho años en el extranjero. Parte de empezar de nuevo significaba comprar todas las cosas que uno necesita para vivir. Además de un sofá, una cama y una mesa de comedor, por supuesto, necesitaba un coche. Considerándome una persona financieramente astuta, busqué exclusivamente modelos más antiguos y rentables, pero rápidamente me desmoralicé por los precios inflacionados y el escaso inventario. El mercado de coches usados de 2021 me estaba obligando efectivamente a comprar uno nuevo, lo cual hice. Mi desconsuelo por violar los principios básicos de finanzas personales fue rápidamente reemplazado por un entusiasmo desenfrenado por la comodidad y las características que venían con mi SUV Toyota nuevo.

Me impresionaron particularmente las características de conducción autónoma que, hasta este momento, solo había leído sobre ellas. La dirección asistida y el radar orientado hacia adelante hacían que los largos viajes fueran muy fáciles. Solo tenía que mantener mis ojos en la carretera y una mano descansando sobre el volante, y mi coche prácticamente se conducía solo. Si agregamos la prevención de colisiones, la vigilancia de puntos ciegos, las cámaras traseras con un sistema de alerta para asegurarme de que no retrocediera hacia nadie que cruzara detrás de mí, este nuevo coche era objetivamente mucho más seguro que los coches de modelos más antiguos que había conducido durante la mayor parte de la última década.

Los coches, por supuesto, aún no se conducen solos. Aunque tienen características autónomas y de seguridad ingeniosas, los coches todavía requieren supervisión del conductor y, cuando es necesario, intervención. Estamos muy lejos de eliminar el componente humano de la conducción y es este componente el que es predominantemente responsable de los accidentes automovilísticos y las fatalidades. Los humanos cometen errores detrás del volante. Ya sea que decidan que operar un vehículo después de beber es una buena idea, o que exceder el límite de velocidad es divertido, o que necesitan aprovechar un par de millas más antes de detenerse para descansar, los humanos causan muchos incidentes automovilísticos prevenibles.

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Según la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NHTSA), hubo 36,096 fatalidades en accidentes de tráfico en 2019. Para 2020, se estima que las fatalidades superan las 38,000 [1]. Un gran porcentaje de estas se debe a la conducción arriesgada y, por lo tanto, son prevenibles. La NHTSA ha identificado seis tipos de conducción arriesgada: Exceso de velocidad, conducción bajo los efectos del alcohol y drogas, no usar (o usar incorrectamente) el cinturón de seguridad, conducción distraída y conducción somnolienta. Dado que dos tercios de todas las fatalidades en tráfico pueden atribuirse a la velocidad y a la conducción bajo los efectos, muchas campañas de intervención están correctamente dirigidas a abordar estos riesgos. Sin embargo, la conducción distraída y somnolienta resulta en un número no trivial de fatalidades, con 3,142 muertes relacionadas con la distracción y 697 muertes relacionadas con la somnolencia en 2019 [2].

Usando neurociencia para medir la atención en el laboratorio

Neurociencia en el asiento del conductor - Usando neurociencia para medir la atención en el laboratorio.

Los neurocientíficos utilizan varios métodos para medir la atención en el laboratorio. Uno de estos métodos capitaliza el hecho de que nuestro cerebro libera pequeñas cantidades de electricidad a medida que sus neuronas se activan. Utilizando electroencefalografía (EEG), podemos medir las fluctuaciones en esta electricidad para entender cuándo y dónde está activo el cerebro. La velocidad, o frecuencia, a la que ocurren estas fluctuaciones se conoce como oscilaciones, o más comúnmente, ondas cerebrales. La frecuencia de las ondas cerebrales puede proporcionar información sobre estados o procesos mentales.

Por ejemplo, las ondas cerebrales que oscilan entre 14 y 30 veces por segundo (o 14 - 30 Hz) se conocen como ondas beta y están asociadas con altos niveles de compromiso mental. Las oscilaciones en el rango de 8 - 13 Hz se conocen como ondas alfa y generalmente están presentes durante períodos de relajación o atención pasiva. Por ejemplo, a menudo verías ondas alfa cuando una persona está meditando. Las ondas theta son oscilaciones entre 4 y 7 Hz y se observan cuando una persona está profundamente relajada o somnolienta. Las ondas más lentas son las ondas delta (1 - 4 Hz) y se observan cuando una persona está profundamente dormida.

Ver publicación relacionada La Guía Introductoria al EEG

En el laboratorio, los científicos pueden medir el tiempo, la magnitud y la frecuencia de las ondas cerebrales para determinar cuán comprometida o desconectada está la mente de una persona durante las tareas. Por ejemplo, cuando una persona ve u oye algo por lo que ha estado mirando, su EEG muestra una respuesta muy específica llamada P300, que es una onda de gran amplitud que ocurre aproximadamente 300 ms después de la aparición del objeto [3]. Del mismo modo, una disminución en las oscilaciones alfa puede indicar que alguien está prestando mucha atención a algo [4]. Estar somnoliento también produce firmas EEG detectables a través de cambios en las oscilaciones delta, theta y alfa [5].

¿Cómo podemos medir la atención en un coche? 

En un vehículo podemos medir la atención y la somnolencia usando métodos de comportamiento. Por ejemplo, las cámaras podrían rastrear los ojos de los conductores para asegurarse de que están mirando la carretera. Del mismo modo, las cámaras podrían detectar cuándo las cabezas de los conductores comienzan a cabecear, lo que indica que están somnolientos. Sin embargo, solo porque una persona esté mirando hacia la carretera o su cabeza no esté caída, no significa que esté prestando atención o que no esté fatigada. El EEG puede augmentar la detección de estos estados peligrosos. Incluso podrían ser capaces de predecirlos antes de que sean detectables comportamentalmente. 

Neurociencia en el asiento del conductor - El EEG puede augmentar la detección de estos estados peligrosos. Incluso podrían ser capaces de predecirlos antes de que sean detectables comportamentalmente.

En 2020, los investigadores realizaron una revisión sistemática de estudios que utilizaron auriculares EEG disponibles comercialmente para detectar somnolencia en tiempo real [6]. Informaron que el auricular más utilizado en este tipo de estudios era aquel fabricado por EMOTIV, seguido de Neurosky, Interaxon y OpenBCI. Para la detección de somnolencia, encontraron que incluso características básicas de EEG, como las oscilaciones de la frecuencia, podían usarse para detectar la somnolencia. Sin embargo, señalan que en muchos casos, "la optimización algorítmica sigue siendo necesaria", lo que significa que los algoritmos de aprendizaje automático resultaron en detecciones más precisas.

Aprovechando el EEG comercial y los algoritmos de aprendizaje automático para ayudarnos a estar más seguros

EMOTIV ha sido el líder en EEG comercial durante más de una década. Durante este tiempo, han desarrollado sistemas de EEG en varias formas, desde gorros de investigación tradicionales de 32 canales hasta auriculares intraurales de 2 canales. Los sistemas con factores de forma compactos, como los auriculares MN8 o Insight, representan los primeros pasos hacia neurotecnología portátil cotidiana. Al integrar este tipo de hardware en los controles del automóvil, podríamos ser capaces de prevenir accidentes antes de que ocurran los estados mentales contribuyentes. 

Neurociencia en el asiento del conductor - Aprovechando el EEG comercial y los algoritmos de aprendizaje automático para ayudarnos a estar más seguros.

Integrar hardware de EEG en vehículos es solo parte de la solución. Para capitalizar los datos del cerebro adquiridos, necesitamos procesarlos en métricas útiles. Los sofisticados algoritmos de aprendizaje automático logran esto decodificando los datos de EEG en características que pueden indexar estados mentales específicos. Hasta la fecha, EMOTIV ha desarrollado siete tales detecciones: frustración, interés, relajación, compromiso, excitación, atención y estrés. Los ingenieros de EMOTIV han trabajado estrechamente con neurocientíficos para desarrollar estas detecciones a través de estudios experimentales rigurosos que utilizan protocolos conocidos para provocar estos estados. En el dominio del automóvil, Emotiv actualmente está afinando una detección de distracción del conductor desarrollada dentro de un simulador de conducción. Esto sigue resultados prometedores de una  colaboración con el Real Club Automovilístico de Australia Occidental, que resultó en un coche impulsado por la atención que disminuyó la velocidad cuando la atención se desvanecía [7]. Puedes encontrar algunos videos de la colaboración y los resultados en YouTube.  

Neurociencia y el futuro de la conducción

Neurociencia en el asiento del conductor - Neurociencia y el futuro de la conducción.

Desde las primeras intervenciones como los cinturones de seguridad y las franjas de temblor hasta las modernas como el frenado de emergencia automático y la dirección asistida, nuestros coches se han vuelto mucho más seguros. Sin embargo, el número de personas que mueren en accidentes cada año demuestra que aún tenemos un largo camino por recorrer antes de llegar al punto en que los vehículos pueden considerarse "seguros". A medida que la tecnología avanza, nuestros coches seguirán sin duda haciéndose más seguros, pero mientras los humanos sean los principales operadores de los vehículos, continuarán ocurriendo accidentes provocados por humanos. La tecnología EEG representa un camino particularmente prometedor para mitigar el factor humano al detectar indicadores sutiles e intervenir antes de que ocurran condiciones que causen accidentes.

Referencias

[1] Centro Nacional de Estadísticas y Análisis, “Estimación preliminar de fatalidades en accidentes de tráfico en 2020.” Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras, mayo de 2021. Accedido: 04 de enero de 2022. [En línea]. Disponible en: https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/ViewPublication/813115

[2] Centro Nacional de Estadísticas y Análisis., “Resumen de accidentes de vehículos motorizados en 2019.” Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras, 2020.

[3] S. J. Luck y E. S. Kappenman, El manual de Oxford de componentes de potenciales relacionados con eventos. Oxford University Press, 2011.

[4] G. Thut, “La actividad electroencefalográfica en banda alfa sobre la corteza occipital indexa el sesgo de atención visuoespacial y predice la detección de objetivos visuales,” J. Neurosci., vol. 26, no. 37, pp. 9494–9502, sep. 2006, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0875-06.2006.

[5] C.-H. Chuang, C.-S. Huang, L.-W. Ko y C.-T. Lin, “Una red de integración de funciones perceptuales basada en EEG para su aplicación a la conducción somnolienta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, mayo de 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

[6] J. LaRocco, M. D. Le y D.-G. Paeng, “Una revisión sistemática de los auriculares EEG de bajo costo disponibles para la detección de somnolencia,” Front. Neuroinformatics, vol. 14, p. 42, 2020, doi: 10.3389/fninf.2020.553352.[7] “Investigadores australianos presentan un coche ‘impulsado por la atención’,” 2013. https://phys.org/news/2013-09-australia-unveil-attention-powered-car.html (accedido el 12 de enero de 2022).







Escrito por el Dr. Nikolas Williams, científico investigador de EMOTIV.

Hace varios meses volví a EE. UU. después de vivir ocho años en el extranjero. Parte de empezar de nuevo significaba comprar todas las cosas que uno necesita para vivir. Además de un sofá, una cama y una mesa de comedor, por supuesto, necesitaba un coche. Considerándome una persona financieramente astuta, busqué exclusivamente modelos más antiguos y rentables, pero rápidamente me desmoralicé por los precios inflacionados y el escaso inventario. El mercado de coches usados de 2021 me estaba obligando efectivamente a comprar uno nuevo, lo cual hice. Mi desconsuelo por violar los principios básicos de finanzas personales fue rápidamente reemplazado por un entusiasmo desenfrenado por la comodidad y las características que venían con mi SUV Toyota nuevo.

Me impresionaron particularmente las características de conducción autónoma que, hasta este momento, solo había leído sobre ellas. La dirección asistida y el radar orientado hacia adelante hacían que los largos viajes fueran muy fáciles. Solo tenía que mantener mis ojos en la carretera y una mano descansando sobre el volante, y mi coche prácticamente se conducía solo. Si agregamos la prevención de colisiones, la vigilancia de puntos ciegos, las cámaras traseras con un sistema de alerta para asegurarme de que no retrocediera hacia nadie que cruzara detrás de mí, este nuevo coche era objetivamente mucho más seguro que los coches de modelos más antiguos que había conducido durante la mayor parte de la última década.

Los coches, por supuesto, aún no se conducen solos. Aunque tienen características autónomas y de seguridad ingeniosas, los coches todavía requieren supervisión del conductor y, cuando es necesario, intervención. Estamos muy lejos de eliminar el componente humano de la conducción y es este componente el que es predominantemente responsable de los accidentes automovilísticos y las fatalidades. Los humanos cometen errores detrás del volante. Ya sea que decidan que operar un vehículo después de beber es una buena idea, o que exceder el límite de velocidad es divertido, o que necesitan aprovechar un par de millas más antes de detenerse para descansar, los humanos causan muchos incidentes automovilísticos prevenibles.

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Según la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NHTSA), hubo 36,096 fatalidades en accidentes de tráfico en 2019. Para 2020, se estima que las fatalidades superan las 38,000 [1]. Un gran porcentaje de estas se debe a la conducción arriesgada y, por lo tanto, son prevenibles. La NHTSA ha identificado seis tipos de conducción arriesgada: Exceso de velocidad, conducción bajo los efectos del alcohol y drogas, no usar (o usar incorrectamente) el cinturón de seguridad, conducción distraída y conducción somnolienta. Dado que dos tercios de todas las fatalidades en tráfico pueden atribuirse a la velocidad y a la conducción bajo los efectos, muchas campañas de intervención están correctamente dirigidas a abordar estos riesgos. Sin embargo, la conducción distraída y somnolienta resulta en un número no trivial de fatalidades, con 3,142 muertes relacionadas con la distracción y 697 muertes relacionadas con la somnolencia en 2019 [2].

Usando neurociencia para medir la atención en el laboratorio

Neurociencia en el asiento del conductor - Usando neurociencia para medir la atención en el laboratorio.

Los neurocientíficos utilizan varios métodos para medir la atención en el laboratorio. Uno de estos métodos capitaliza el hecho de que nuestro cerebro libera pequeñas cantidades de electricidad a medida que sus neuronas se activan. Utilizando electroencefalografía (EEG), podemos medir las fluctuaciones en esta electricidad para entender cuándo y dónde está activo el cerebro. La velocidad, o frecuencia, a la que ocurren estas fluctuaciones se conoce como oscilaciones, o más comúnmente, ondas cerebrales. La frecuencia de las ondas cerebrales puede proporcionar información sobre estados o procesos mentales.

Por ejemplo, las ondas cerebrales que oscilan entre 14 y 30 veces por segundo (o 14 - 30 Hz) se conocen como ondas beta y están asociadas con altos niveles de compromiso mental. Las oscilaciones en el rango de 8 - 13 Hz se conocen como ondas alfa y generalmente están presentes durante períodos de relajación o atención pasiva. Por ejemplo, a menudo verías ondas alfa cuando una persona está meditando. Las ondas theta son oscilaciones entre 4 y 7 Hz y se observan cuando una persona está profundamente relajada o somnolienta. Las ondas más lentas son las ondas delta (1 - 4 Hz) y se observan cuando una persona está profundamente dormida.

Ver publicación relacionada La Guía Introductoria al EEG

En el laboratorio, los científicos pueden medir el tiempo, la magnitud y la frecuencia de las ondas cerebrales para determinar cuán comprometida o desconectada está la mente de una persona durante las tareas. Por ejemplo, cuando una persona ve u oye algo por lo que ha estado mirando, su EEG muestra una respuesta muy específica llamada P300, que es una onda de gran amplitud que ocurre aproximadamente 300 ms después de la aparición del objeto [3]. Del mismo modo, una disminución en las oscilaciones alfa puede indicar que alguien está prestando mucha atención a algo [4]. Estar somnoliento también produce firmas EEG detectables a través de cambios en las oscilaciones delta, theta y alfa [5].

¿Cómo podemos medir la atención en un coche? 

En un vehículo podemos medir la atención y la somnolencia usando métodos de comportamiento. Por ejemplo, las cámaras podrían rastrear los ojos de los conductores para asegurarse de que están mirando la carretera. Del mismo modo, las cámaras podrían detectar cuándo las cabezas de los conductores comienzan a cabecear, lo que indica que están somnolientos. Sin embargo, solo porque una persona esté mirando hacia la carretera o su cabeza no esté caída, no significa que esté prestando atención o que no esté fatigada. El EEG puede augmentar la detección de estos estados peligrosos. Incluso podrían ser capaces de predecirlos antes de que sean detectables comportamentalmente. 

Neurociencia en el asiento del conductor - El EEG puede augmentar la detección de estos estados peligrosos. Incluso podrían ser capaces de predecirlos antes de que sean detectables comportamentalmente.

En 2020, los investigadores realizaron una revisión sistemática de estudios que utilizaron auriculares EEG disponibles comercialmente para detectar somnolencia en tiempo real [6]. Informaron que el auricular más utilizado en este tipo de estudios era aquel fabricado por EMOTIV, seguido de Neurosky, Interaxon y OpenBCI. Para la detección de somnolencia, encontraron que incluso características básicas de EEG, como las oscilaciones de la frecuencia, podían usarse para detectar la somnolencia. Sin embargo, señalan que en muchos casos, "la optimización algorítmica sigue siendo necesaria", lo que significa que los algoritmos de aprendizaje automático resultaron en detecciones más precisas.

Aprovechando el EEG comercial y los algoritmos de aprendizaje automático para ayudarnos a estar más seguros

EMOTIV ha sido el líder en EEG comercial durante más de una década. Durante este tiempo, han desarrollado sistemas de EEG en varias formas, desde gorros de investigación tradicionales de 32 canales hasta auriculares intraurales de 2 canales. Los sistemas con factores de forma compactos, como los auriculares MN8 o Insight, representan los primeros pasos hacia neurotecnología portátil cotidiana. Al integrar este tipo de hardware en los controles del automóvil, podríamos ser capaces de prevenir accidentes antes de que ocurran los estados mentales contribuyentes. 

Neurociencia en el asiento del conductor - Aprovechando el EEG comercial y los algoritmos de aprendizaje automático para ayudarnos a estar más seguros.

Integrar hardware de EEG en vehículos es solo parte de la solución. Para capitalizar los datos del cerebro adquiridos, necesitamos procesarlos en métricas útiles. Los sofisticados algoritmos de aprendizaje automático logran esto decodificando los datos de EEG en características que pueden indexar estados mentales específicos. Hasta la fecha, EMOTIV ha desarrollado siete tales detecciones: frustración, interés, relajación, compromiso, excitación, atención y estrés. Los ingenieros de EMOTIV han trabajado estrechamente con neurocientíficos para desarrollar estas detecciones a través de estudios experimentales rigurosos que utilizan protocolos conocidos para provocar estos estados. En el dominio del automóvil, Emotiv actualmente está afinando una detección de distracción del conductor desarrollada dentro de un simulador de conducción. Esto sigue resultados prometedores de una  colaboración con el Real Club Automovilístico de Australia Occidental, que resultó en un coche impulsado por la atención que disminuyó la velocidad cuando la atención se desvanecía [7]. Puedes encontrar algunos videos de la colaboración y los resultados en YouTube.  

Neurociencia y el futuro de la conducción

Neurociencia en el asiento del conductor - Neurociencia y el futuro de la conducción.

Desde las primeras intervenciones como los cinturones de seguridad y las franjas de temblor hasta las modernas como el frenado de emergencia automático y la dirección asistida, nuestros coches se han vuelto mucho más seguros. Sin embargo, el número de personas que mueren en accidentes cada año demuestra que aún tenemos un largo camino por recorrer antes de llegar al punto en que los vehículos pueden considerarse "seguros". A medida que la tecnología avanza, nuestros coches seguirán sin duda haciéndose más seguros, pero mientras los humanos sean los principales operadores de los vehículos, continuarán ocurriendo accidentes provocados por humanos. La tecnología EEG representa un camino particularmente prometedor para mitigar el factor humano al detectar indicadores sutiles e intervenir antes de que ocurran condiciones que causen accidentes.

Referencias

[1] Centro Nacional de Estadísticas y Análisis, “Estimación preliminar de fatalidades en accidentes de tráfico en 2020.” Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras, mayo de 2021. Accedido: 04 de enero de 2022. [En línea]. Disponible en: https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/ViewPublication/813115

[2] Centro Nacional de Estadísticas y Análisis., “Resumen de accidentes de vehículos motorizados en 2019.” Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras, 2020.

[3] S. J. Luck y E. S. Kappenman, El manual de Oxford de componentes de potenciales relacionados con eventos. Oxford University Press, 2011.

[4] G. Thut, “La actividad electroencefalográfica en banda alfa sobre la corteza occipital indexa el sesgo de atención visuoespacial y predice la detección de objetivos visuales,” J. Neurosci., vol. 26, no. 37, pp. 9494–9502, sep. 2006, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0875-06.2006.

[5] C.-H. Chuang, C.-S. Huang, L.-W. Ko y C.-T. Lin, “Una red de integración de funciones perceptuales basada en EEG para su aplicación a la conducción somnolienta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, mayo de 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

[6] J. LaRocco, M. D. Le y D.-G. Paeng, “Una revisión sistemática de los auriculares EEG de bajo costo disponibles para la detección de somnolencia,” Front. Neuroinformatics, vol. 14, p. 42, 2020, doi: 10.3389/fninf.2020.553352.[7] “Investigadores australianos presentan un coche ‘impulsado por la atención’,” 2013. https://phys.org/news/2013-09-australia-unveil-attention-powered-car.html (accedido el 12 de enero de 2022).







Escrito por el Dr. Nikolas Williams, científico investigador de EMOTIV.

Hace varios meses volví a EE. UU. después de vivir ocho años en el extranjero. Parte de empezar de nuevo significaba comprar todas las cosas que uno necesita para vivir. Además de un sofá, una cama y una mesa de comedor, por supuesto, necesitaba un coche. Considerándome una persona financieramente astuta, busqué exclusivamente modelos más antiguos y rentables, pero rápidamente me desmoralicé por los precios inflacionados y el escaso inventario. El mercado de coches usados de 2021 me estaba obligando efectivamente a comprar uno nuevo, lo cual hice. Mi desconsuelo por violar los principios básicos de finanzas personales fue rápidamente reemplazado por un entusiasmo desenfrenado por la comodidad y las características que venían con mi SUV Toyota nuevo.

Me impresionaron particularmente las características de conducción autónoma que, hasta este momento, solo había leído sobre ellas. La dirección asistida y el radar orientado hacia adelante hacían que los largos viajes fueran muy fáciles. Solo tenía que mantener mis ojos en la carretera y una mano descansando sobre el volante, y mi coche prácticamente se conducía solo. Si agregamos la prevención de colisiones, la vigilancia de puntos ciegos, las cámaras traseras con un sistema de alerta para asegurarme de que no retrocediera hacia nadie que cruzara detrás de mí, este nuevo coche era objetivamente mucho más seguro que los coches de modelos más antiguos que había conducido durante la mayor parte de la última década.

Los coches, por supuesto, aún no se conducen solos. Aunque tienen características autónomas y de seguridad ingeniosas, los coches todavía requieren supervisión del conductor y, cuando es necesario, intervención. Estamos muy lejos de eliminar el componente humano de la conducción y es este componente el que es predominantemente responsable de los accidentes automovilísticos y las fatalidades. Los humanos cometen errores detrás del volante. Ya sea que decidan que operar un vehículo después de beber es una buena idea, o que exceder el límite de velocidad es divertido, o que necesitan aprovechar un par de millas más antes de detenerse para descansar, los humanos causan muchos incidentes automovilísticos prevenibles.

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Según la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NHTSA), hubo 36,096 fatalidades en accidentes de tráfico en 2019. Para 2020, se estima que las fatalidades superan las 38,000 [1]. Un gran porcentaje de estas se debe a la conducción arriesgada y, por lo tanto, son prevenibles. La NHTSA ha identificado seis tipos de conducción arriesgada: Exceso de velocidad, conducción bajo los efectos del alcohol y drogas, no usar (o usar incorrectamente) el cinturón de seguridad, conducción distraída y conducción somnolienta. Dado que dos tercios de todas las fatalidades en tráfico pueden atribuirse a la velocidad y a la conducción bajo los efectos, muchas campañas de intervención están correctamente dirigidas a abordar estos riesgos. Sin embargo, la conducción distraída y somnolienta resulta en un número no trivial de fatalidades, con 3,142 muertes relacionadas con la distracción y 697 muertes relacionadas con la somnolencia en 2019 [2].

Usando neurociencia para medir la atención en el laboratorio

Neurociencia en el asiento del conductor - Usando neurociencia para medir la atención en el laboratorio.

Los neurocientíficos utilizan varios métodos para medir la atención en el laboratorio. Uno de estos métodos capitaliza el hecho de que nuestro cerebro libera pequeñas cantidades de electricidad a medida que sus neuronas se activan. Utilizando electroencefalografía (EEG), podemos medir las fluctuaciones en esta electricidad para entender cuándo y dónde está activo el cerebro. La velocidad, o frecuencia, a la que ocurren estas fluctuaciones se conoce como oscilaciones, o más comúnmente, ondas cerebrales. La frecuencia de las ondas cerebrales puede proporcionar información sobre estados o procesos mentales.

Por ejemplo, las ondas cerebrales que oscilan entre 14 y 30 veces por segundo (o 14 - 30 Hz) se conocen como ondas beta y están asociadas con altos niveles de compromiso mental. Las oscilaciones en el rango de 8 - 13 Hz se conocen como ondas alfa y generalmente están presentes durante períodos de relajación o atención pasiva. Por ejemplo, a menudo verías ondas alfa cuando una persona está meditando. Las ondas theta son oscilaciones entre 4 y 7 Hz y se observan cuando una persona está profundamente relajada o somnolienta. Las ondas más lentas son las ondas delta (1 - 4 Hz) y se observan cuando una persona está profundamente dormida.

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En el laboratorio, los científicos pueden medir el tiempo, la magnitud y la frecuencia de las ondas cerebrales para determinar cuán comprometida o desconectada está la mente de una persona durante las tareas. Por ejemplo, cuando una persona ve u oye algo por lo que ha estado mirando, su EEG muestra una respuesta muy específica llamada P300, que es una onda de gran amplitud que ocurre aproximadamente 300 ms después de la aparición del objeto [3]. Del mismo modo, una disminución en las oscilaciones alfa puede indicar que alguien está prestando mucha atención a algo [4]. Estar somnoliento también produce firmas EEG detectables a través de cambios en las oscilaciones delta, theta y alfa [5].

¿Cómo podemos medir la atención en un coche? 

En un vehículo podemos medir la atención y la somnolencia usando métodos de comportamiento. Por ejemplo, las cámaras podrían rastrear los ojos de los conductores para asegurarse de que están mirando la carretera. Del mismo modo, las cámaras podrían detectar cuándo las cabezas de los conductores comienzan a cabecear, lo que indica que están somnolientos. Sin embargo, solo porque una persona esté mirando hacia la carretera o su cabeza no esté caída, no significa que esté prestando atención o que no esté fatigada. El EEG puede augmentar la detección de estos estados peligrosos. Incluso podrían ser capaces de predecirlos antes de que sean detectables comportamentalmente. 

Neurociencia en el asiento del conductor - El EEG puede augmentar la detección de estos estados peligrosos. Incluso podrían ser capaces de predecirlos antes de que sean detectables comportamentalmente.

En 2020, los investigadores realizaron una revisión sistemática de estudios que utilizaron auriculares EEG disponibles comercialmente para detectar somnolencia en tiempo real [6]. Informaron que el auricular más utilizado en este tipo de estudios era aquel fabricado por EMOTIV, seguido de Neurosky, Interaxon y OpenBCI. Para la detección de somnolencia, encontraron que incluso características básicas de EEG, como las oscilaciones de la frecuencia, podían usarse para detectar la somnolencia. Sin embargo, señalan que en muchos casos, "la optimización algorítmica sigue siendo necesaria", lo que significa que los algoritmos de aprendizaje automático resultaron en detecciones más precisas.

Aprovechando el EEG comercial y los algoritmos de aprendizaje automático para ayudarnos a estar más seguros

EMOTIV ha sido el líder en EEG comercial durante más de una década. Durante este tiempo, han desarrollado sistemas de EEG en varias formas, desde gorros de investigación tradicionales de 32 canales hasta auriculares intraurales de 2 canales. Los sistemas con factores de forma compactos, como los auriculares MN8 o Insight, representan los primeros pasos hacia neurotecnología portátil cotidiana. Al integrar este tipo de hardware en los controles del automóvil, podríamos ser capaces de prevenir accidentes antes de que ocurran los estados mentales contribuyentes. 

Neurociencia en el asiento del conductor - Aprovechando el EEG comercial y los algoritmos de aprendizaje automático para ayudarnos a estar más seguros.

Integrar hardware de EEG en vehículos es solo parte de la solución. Para capitalizar los datos del cerebro adquiridos, necesitamos procesarlos en métricas útiles. Los sofisticados algoritmos de aprendizaje automático logran esto decodificando los datos de EEG en características que pueden indexar estados mentales específicos. Hasta la fecha, EMOTIV ha desarrollado siete tales detecciones: frustración, interés, relajación, compromiso, excitación, atención y estrés. Los ingenieros de EMOTIV han trabajado estrechamente con neurocientíficos para desarrollar estas detecciones a través de estudios experimentales rigurosos que utilizan protocolos conocidos para provocar estos estados. En el dominio del automóvil, Emotiv actualmente está afinando una detección de distracción del conductor desarrollada dentro de un simulador de conducción. Esto sigue resultados prometedores de una  colaboración con el Real Club Automovilístico de Australia Occidental, que resultó en un coche impulsado por la atención que disminuyó la velocidad cuando la atención se desvanecía [7]. Puedes encontrar algunos videos de la colaboración y los resultados en YouTube.  

Neurociencia y el futuro de la conducción

Neurociencia en el asiento del conductor - Neurociencia y el futuro de la conducción.

Desde las primeras intervenciones como los cinturones de seguridad y las franjas de temblor hasta las modernas como el frenado de emergencia automático y la dirección asistida, nuestros coches se han vuelto mucho más seguros. Sin embargo, el número de personas que mueren en accidentes cada año demuestra que aún tenemos un largo camino por recorrer antes de llegar al punto en que los vehículos pueden considerarse "seguros". A medida que la tecnología avanza, nuestros coches seguirán sin duda haciéndose más seguros, pero mientras los humanos sean los principales operadores de los vehículos, continuarán ocurriendo accidentes provocados por humanos. La tecnología EEG representa un camino particularmente prometedor para mitigar el factor humano al detectar indicadores sutiles e intervenir antes de que ocurran condiciones que causen accidentes.

Referencias

[1] Centro Nacional de Estadísticas y Análisis, “Estimación preliminar de fatalidades en accidentes de tráfico en 2020.” Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras, mayo de 2021. Accedido: 04 de enero de 2022. [En línea]. Disponible en: https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/ViewPublication/813115

[2] Centro Nacional de Estadísticas y Análisis., “Resumen de accidentes de vehículos motorizados en 2019.” Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras, 2020.

[3] S. J. Luck y E. S. Kappenman, El manual de Oxford de componentes de potenciales relacionados con eventos. Oxford University Press, 2011.

[4] G. Thut, “La actividad electroencefalográfica en banda alfa sobre la corteza occipital indexa el sesgo de atención visuoespacial y predice la detección de objetivos visuales,” J. Neurosci., vol. 26, no. 37, pp. 9494–9502, sep. 2006, doi: 10.1523/JNEUROSCI.0875-06.2006.

[5] C.-H. Chuang, C.-S. Huang, L.-W. Ko y C.-T. Lin, “Una red de integración de funciones perceptuales basada en EEG para su aplicación a la conducción somnolienta,” Knowl.-Based Syst., vol. 80, pp. 143–152, mayo de 2015, doi: 10.1016/j.knosys.2015.01.007.

[6] J. LaRocco, M. D. Le y D.-G. Paeng, “Una revisión sistemática de los auriculares EEG de bajo costo disponibles para la detección de somnolencia,” Front. Neuroinformatics, vol. 14, p. 42, 2020, doi: 10.3389/fninf.2020.553352.[7] “Investigadores australianos presentan un coche ‘impulsado por la atención’,” 2013. https://phys.org/news/2013-09-australia-unveil-attention-powered-car.html (accedido el 12 de enero de 2022).




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