BIOSEMNALELE ORGANISMULUI BIOSEMNALELE ORGANISMULUI UMAN. UMAN.

GENERARE, PROCESARE GENERARE, PROCESARE ŞŞI ANALII ANALIZĂZĂ

UNIVERSITATEA TITU MAIORESCU

FACULTATEA DE PSIHOLOGIEFACULTATEA DE PSIHOLOGIE

Autor:Prof.univ.dr.ing.Titi PARASCHIV

INFORMATICĂ ŞI CIBERNETICĂ PSIHOLOGICĂINFORMATICĂ ŞI CIBERNETICĂ PSIHOLOGICĂ

SISTEMUL BIOLOGICSISTEMUL BIOLOGIC Sistemul biologicSistemul biologic este un sistem cibernetic (a cărui activitate fundamentală este este un sistem cibernetic (a cărui activitate fundamentală este

cea de procesare a informaţiei), dinamic, deschis, care realizează un schimb cea de procesare a informaţiei), dinamic, deschis, care realizează un schimb permanent de substanţă, energie şi informaţie cu mediul exterior.permanent de substanţă, energie şi informaţie cu mediul exterior.

Substanţa, energia şi informaţia pe care organismul le primeşte din mediul exterior Substanţa, energia şi informaţia pe care organismul le primeşte din mediul exterior se numeşte se numeşte flux de intrareflux de intrare, , ΦΦii..

Substanţa, energia şi informaţia pe care organismul le elimină în mediul exterior se Substanţa, energia şi informaţia pe care organismul le elimină în mediul exterior se numeşte numeşte flux de ieşireflux de ieşire, , ΦΦoo.. Fluxul total este: Fluxul total este: ΦΦtt= = ΦΦii+ + ΦΦoo

Din mediul exterior,Din mediul exterior, organismul se alimentează cu energie liberă prin fluxul de organismul se alimentează cu energie liberă prin fluxul de intrare caracterizat prin entropie mică, intrare caracterizat prin entropie mică, SSii şi elimină în mediul exterior energie şi elimină în mediul exterior energie legată prin fluxul de ieşire, caracterizat prin entropie mare, legată prin fluxul de ieşire, caracterizat prin entropie mare, SSoo..

Diferenţa de entropie a fluxurilor de intrare şi de ieşire asigură organismului Diferenţa de entropie a fluxurilor de intrare şi de ieşire asigură organismului proprietatea de proprietatea de antientropicitateantientropicitate. . ΔΔS = SS = Sii--SSoo, , cu proprietatea ccăă SSii<<SSoo

Generarea, transporul şi procesarea informaţiilorGenerarea, transporul şi procesarea informaţiilor, în sistemele biologice, se , în sistemele biologice, se realizează prin mecanisme nervoase şi umorale, pe trei paliere:realizează prin mecanisme nervoase şi umorale, pe trei paliere:- La primul nivel sunt - La primul nivel sunt reacţiile biochimicereacţiile biochimice care realizează sistemul de reglare care realizează sistemul de reglare de bază;de bază;- La nivelul al doilea sunt - La nivelul al doilea sunt sistemele autonomesistemele autonome care utilizează mecanisme care utilizează mecanisme umorale şi nervoase pentru controlul funcţiilor organelor interne (inima, plămânii, umorale şi nervoase pentru controlul funcţiilor organelor interne (inima, plămânii, ficatul, pancreasul, rinichii, etc) şi a funcţiilor de stare, fiziologice;ficatul, pancreasul, rinichii, etc) şi a funcţiilor de stare, fiziologice;- La nivelul al treilea se realizează - La nivelul al treilea se realizează prelucrarea informaţiilor prin SNCprelucrarea informaţiilor prin SNC;;

ENERGIA SISTEMELOR BIOLOGICEENERGIA SISTEMELOR BIOLOGICE Existenţa oricărui organism presupune Existenţa oricărui organism presupune consum de energieconsum de energie pentru realizarea pentru realizarea

funcţiilor. funcţiilor. Energia necesară este produsă prin în principal prin Energia necesară este produsă prin în principal prin metabolism aerobicmetabolism aerobic, ,

transformări biochimice ale substanţelor din alimente. Reacţiile în urma cărora transformări biochimice ale substanţelor din alimente. Reacţiile în urma cărora se produce această energie sunt se produce această energie sunt reacţii exoterme de oxidoreducerereacţii exoterme de oxidoreducere..

Substanţele introduse în organism pentru a produce energia vitală sunt: grăsimile, Substanţele introduse în organism pentru a produce energia vitală sunt: grăsimile, zaharidele şi proteinele. zaharidele şi proteinele.

Alimentele reprezintă „Alimentele reprezintă „carburantulcarburantul” iar oxigenul din aer „” iar oxigenul din aer „oxidantuloxidantul”.”.Celula este o „Celula este o „uzină chimicăuzină chimică” ce are două funcţii: producţia de energie şi ” ce are două funcţii: producţia de energie şi

activitatea de bază: celulă nervoasă, musculară, osoasă, etc. activitatea de bază: celulă nervoasă, musculară, osoasă, etc. Pentru a funcţiona celula are nevoie de „Pentru a funcţiona celula are nevoie de „combustibilcombustibil”.”.Celulele utilizează drept „Celulele utilizează drept „carburantcarburant” glucoza şi unii produşi ai descompunerii ” glucoza şi unii produşi ai descompunerii

grăsimilor şi proteinelor.grăsimilor şi proteinelor.Reacţia de oxidare a glucozei este o reacţie exotermă şi are rol de Reacţia de oxidare a glucozei este o reacţie exotermă şi are rol de generatorgenerator..Celula are nevoie de un mecanism de captare şi stocare a energieiCelula are nevoie de un mecanism de captare şi stocare a energiei, , precum şi de precum şi de

un altun alt mecanism mecanism prin careprin care să elibereze această energie să elibereze această energie când şi unde este când şi unde este nevoie de ea. Acest nevoie de ea. Acest mecanism de conversie a energiei din celulămecanism de conversie a energiei din celulă este realizat este realizat de ADP (adenozin difosfat) şi ATP (adenoyin trifosfat).de ADP (adenozin difosfat) şi ATP (adenoyin trifosfat).

Trecerea ADP → ATP este o reacţie endotermă, se înmagazinează energie, Trecerea ADP → ATP este o reacţie endotermă, se înmagazinează energie, precum precum încărcarea unui condensatorîncărcarea unui condensator;;

Transformarea ATP → ADP este exotermă, Transformarea ATP → ADP este exotermă, descărcarea condensatoruluidescărcarea condensatorului..

ORGANISMUL UMAN - SISTEM CIBERNETIC Ca sistem cibernetic, organismul uman este:Ca sistem cibernetic, organismul uman este:

- Un sistem biologic automat;- Un sistem biologic automat; - Un sistem de reglare a funcţiilor organismului:- Un sistem de reglare a funcţiilor organismului:

Reglare umorală; Reglare endocrină; Reglare nervoasă;Reglare umorală; Reglare endocrină; Reglare nervoasă; - Un sistem adaptativ.- Un sistem adaptativ.

HomeostaziaHomeostazia reprezintă capacitatea organismului de a-şi menţine, în reprezintă capacitatea organismului de a-şi menţine, în limite normale, constantele şi funcţiile vitale, indiferent de variaţiile limite normale, constantele şi funcţiile vitale, indiferent de variaţiile mediului inconjurator.mediului inconjurator.Mecanismele homeostaticeMecanismele homeostatice sunt de natură fizico-chimică, sunt de natură fizico-chimică, enzimatică, hormonală sau nervoasă şi au în compunere trei elemente:enzimatică, hormonală sau nervoasă şi au în compunere trei elemente:- Receptorul-componenta de detecţie care monitorizează şi - Receptorul-componenta de detecţie care monitorizează şi reacţionează la schimbările mediului exterior;reacţionează la schimbările mediului exterior;- Centrul de control(cel mai adesea este creierul) stabileşte ecartul de - Centrul de control(cel mai adesea este creierul) stabileşte ecartul de variaţie şi determină gradul de adecvanţă a răspunsului cu stimulul;variaţie şi determină gradul de adecvanţă a răspunsului cu stimulul;- Centrul de control transmite comanda calibrată prin gradul de - Centrul de control transmite comanda calibrată prin gradul de adecvanţă la efector care declanşează un mecanism de feed-back.adecvanţă la efector care declanşează un mecanism de feed-back.

ORGANISMUL CA SISTEM BIOLOGIC AUTOMATORGANISMUL CA SISTEM BIOLOGIC AUTOMAT ReglareaReglarea este procesul prin care o mărime (fizică sau chimică) masurată, se este procesul prin care o mărime (fizică sau chimică) masurată, se

compară cu o valoare "compară cu o valoare "standardstandard" (de referinţă) şi se modifică în sensul egalării " (de referinţă) şi se modifică în sensul egalării mărimii măsurate cu cea standard. Astfel, în cadrul unui sistem de reglare mărimii măsurate cu cea standard. Astfel, în cadrul unui sistem de reglare funcţionează două componente: funcţionează două componente: comparaţia şi comandacomparaţia şi comanda..

ReglareaReglarea este o funcţie ce se bazează pe procesarea şi transmiterea de este o funcţie ce se bazează pe procesarea şi transmiterea de informaţie. Organismul, în sens cibernetic, este un sistem autoreglabilinformaţie. Organismul, în sens cibernetic, este un sistem autoreglabil format format din componente organizate în două tipuri de sisteme automate:din componente organizate în două tipuri de sisteme automate:

- - sistemele automate deschisesistemele automate deschise - de comandă; - de comandă;- - sisteme automate închisesisteme automate închise - de reglaj. - de reglaj.

În sistemul automat deschis - de comandăÎn sistemul automat deschis - de comandă mărimea de ieşire (răspunsul) este mărimea de ieşire (răspunsul) este determinat exclusiv de mărimea de intrare (stimulul) - reacţie directă, relatia determinat exclusiv de mărimea de intrare (stimulul) - reacţie directă, relatia cauză - efect este evidentă.cauză - efect este evidentă.

În În sistemul automat închis - de reglajsistemul automat închis - de reglaj mărimea de ieşire (răspunsul) este mărimea de ieşire (răspunsul) este determinat atât de mărimea de intrare (stimulul), cât şi de ea însăşi.determinat atât de mărimea de intrare (stimulul), cât şi de ea însăşi.

Sistemul compară permanent mărimea de ieşire cu mărimea de intrare, proces Sistemul compară permanent mărimea de ieşire cu mărimea de intrare, proces numit feed-back sau conexiune inversă, retroacţiune sau aferentaţie inversă.numit feed-back sau conexiune inversă, retroacţiune sau aferentaţie inversă.

Toate sistemele automate de reglare funcţionează pe principiul feed-back-ului:Toate sistemele automate de reglare funcţionează pe principiul feed-back-ului:- Negativ- Negativ - asigură readucerea valorii funcţiei măsurate la valoarea "standard";- asigură readucerea valorii funcţiei măsurate la valoarea "standard";- Pozitiv - măreşte deviaţia iniţială a parametrului – introduce varietate.- Pozitiv - măreşte deviaţia iniţială a parametrului – introduce varietate.

ORGANISMUL CA SISTEM BIOLOGIC AUTOMATORGANISMUL CA SISTEM BIOLOGIC AUTOMAT

S(U,Y)

R

Z-ObiectiveZ-Obiective

YYUU

UU

SISTEMUL CIBERNETIC (Sc)TRANSFORMATOR DE FUNCŢII T(Y,U)

SISTEM DE PRELUCRARE ŞI ELABORARE A SENZAŢIILOR ŞI COMENZILOR

(SNC)

fe Mediul exterior

Fb Feed before

Output-EFERENŢE-EFECTORI

ORGANE DE EXECUŢIE

Input CAUZAAferenţe

Transmiţători către receptori

Abatere ±

Y

U

RETROACŢIUNEFEED-BACK

±ΔEi ±ΔEe

SISTEME DE REGLARE A FUNCŢIILOR ORGANISMULUI

1. REGLAREA UMORALĂ A FUNCŢIILOR ORGANISMULUI1. REGLAREA UMORALĂ A FUNCŢIILOR ORGANISMULUILa vieţuitoarele monocelulare acvatice şi la metazoarele La vieţuitoarele monocelulare acvatice şi la metazoarele

inferioare, la care mediul extracelular este mediul extern al inferioare, la care mediul extracelular este mediul extern al organismului, metabolismul este influenţat direct de factorii organismului, metabolismul este influenţat direct de factorii fizico-chimici ai mediului. La organismele superioare, la fizico-chimici ai mediului. La organismele superioare, la care mediul extracelular este mediul intern, apar care mediul extracelular este mediul intern, apar mecanisme de reglare ale compoziţiei acestuia induse de mecanisme de reglare ale compoziţiei acestuia induse de variaţiile constantelor umorale.variaţiile constantelor umorale.

Fiecare celulă contribuie astfel la menţinerea constantă a Fiecare celulă contribuie astfel la menţinerea constantă a compoziţiei mediului intern, cât şi la modificarea acestuia şi compoziţiei mediului intern, cât şi la modificarea acestuia şi este influenţată, la rândul ei, de produşii tuturor celulelor, este influenţată, la rândul ei, de produşii tuturor celulelor, caracter sinergetic.caracter sinergetic.

SISTEME DE REGLARE ALE FUNCŢIILOR ORGANISMULUI

2. REGLAREA ENDOCRINĂ A FUNCTIILOR ORGANISMULUI2. REGLAREA ENDOCRINĂ A FUNCTIILOR ORGANISMULUISistemul endocrin amplifică şi prelungeşte în timp reacţia adaptativă Sistemul endocrin amplifică şi prelungeşte în timp reacţia adaptativă declanşată de sistemul nervos şi asigură acestuia fondul metabolic declanşată de sistemul nervos şi asigură acestuia fondul metabolic necesar.necesar.

Prin varietatea hormonilor existenţi, reglarea endocrină se poate adresa Prin varietatea hormonilor existenţi, reglarea endocrină se poate adresa tuturor sistemelor celulare, sau doar anumitor tipuri celulare.tuturor sistemelor celulare, sau doar anumitor tipuri celulare.

Hormonul Hormonul este mesagerul endocrineste mesagerul endocrin cu actiune sistemică, eliberat de cu actiune sistemică, eliberat de celula "sursă" aflată la distanţă faţă de celula “ţintă sau receptoare", la celula "sursă" aflată la distanţă faţă de celula “ţintă sau receptoare", la care ajunge prin sânge sau limfă. care ajunge prin sânge sau limfă.

Un hormon, din punct de vedere fiziologic, este suportul unei informaţii cu Un hormon, din punct de vedere fiziologic, este suportul unei informaţii cu rol de a modula sau orienta funcţionalitatea ţesuturilor receptoare, în rol de a modula sau orienta funcţionalitatea ţesuturilor receptoare, în funcţie de nevoile actuale ale economiei organismului. Concentraţia funcţie de nevoile actuale ale economiei organismului. Concentraţia hormonală din mediul intern este foarte joasă în raport cu amplitudinea hormonală din mediul intern este foarte joasă în raport cu amplitudinea metabolismului pe care o comandă, ceea ce presupune ca informaţia metabolismului pe care o comandă, ceea ce presupune ca informaţia purtată de un hormon să fie "purtată de un hormon să fie "recunoscutărecunoscută" selectiv, "" selectiv, "tradusătradusă" şi " şi ""amplificatăamplificată" de receptori specifici. " de receptori specifici.

Rol de declanşator, un foton pune în mişcare un elefant.Rol de declanşator, un foton pune în mişcare un elefant.

SISTEME DE REGLARE ALE FUNCŢIILOR ORGANISMULUI

3.3. REGLAREA NERVOASĂ A FUNCŢIILOR ORGANISMULUIREGLAREA NERVOASĂ A FUNCŢIILOR ORGANISMULUISistemul nervos este primul sistem de comandă al organismului, având Sistemul nervos este primul sistem de comandă al organismului, având

urmatoarele caracteristici:urmatoarele caracteristici:-este rapid; are mobilitate mare; are fineţe în execuţie; poate anticipa acţiunea -este rapid; are mobilitate mare; are fineţe în execuţie; poate anticipa acţiunea unui stimul; poate controla reacţia de răspuns.unui stimul; poate controla reacţia de răspuns.

Sistemul nervos stabileşte legături între componentele organismului şi între Sistemul nervos stabileşte legături între componentele organismului şi între organism şi mediul extern. Are rol organism şi mediul extern. Are rol reglatorreglator şi şi integratorintegrator, putând modifica , putând modifica activitatea organismului prin intervenţie directă, prin intermediul hormonilor şi activitatea organismului prin intervenţie directă, prin intermediul hormonilor şi prin modificarea circulaţiei generale şi locale. La rândul său, sistemul nervos prin modificarea circulaţiei generale şi locale. La rândul său, sistemul nervos suportă efectul propriei lui activităţi, precum şi al activităţii tuturor sistemelor suportă efectul propriei lui activităţi, precum şi al activităţii tuturor sistemelor celulare.celulare.

Activitatea nervoasă reglatoare se realizează ierarhizat:Activitatea nervoasă reglatoare se realizează ierarhizat:a. activitate nervoasă reflexă elementarăa. activitate nervoasă reflexă elementară - implică măduva spinării şi - implică măduva spinării şi trunchiul cerebral;trunchiul cerebral;b. activitatea nervoasă integrativă subcorticalăb. activitatea nervoasă integrativă subcorticală - implică structuri nervoase - implică structuri nervoase subcorticale, asigură suportul motivaţional şi funcţionalitatea automată a subcorticale, asigură suportul motivaţional şi funcţionalitatea automată a comportamentului somatic şi vegetativ;comportamentului somatic şi vegetativ;c. activitatea nervoasă integrativă corticalăc. activitatea nervoasă integrativă corticală - implică cortexul care asigură - implică cortexul care asigură suportul voluntar şi constient al comportamentului somatic şi vegetativ.suportul voluntar şi constient al comportamentului somatic şi vegetativ.

Activitatea care interesează cel mai mult specialiştii în psihologie este Activitatea care interesează cel mai mult specialiştii în psihologie este activitatea activitatea nervoasă integrativă corticală nervoasă integrativă corticală şi care este în obiectul de studiu al psihologiei.şi care este în obiectul de studiu al psihologiei.

ORGANISMUL UMAN - SISTEM CIBERNETIC ADAPTATIV

AdaptareaAdaptarea este un proces evolutiv prin care un individ sau o populaţie devin este un proces evolutiv prin care un individ sau o populaţie devin mai potrivite habitatului lor.mai potrivite habitatului lor.

La om La om distingedistingemm adaptareadaptareaa autoplastic autoplasticăă, prin modificarea organismului , prin modificarea organismului şşi o i o adaptare adaptare aloplasticaloplasticăă prin modificarea activ prin modificarea activăă a mediului. a mediului.

Pentru om, caracteristic este Pentru om, caracteristic este adaptarea aloplasticadaptarea aloplasticăă realizat realizatăă prin tehn prin tehnologieologie, , ştiinţă, ştiinţă, culturculturăă, civiliza, civilizaţţie.ie.

Adaptabilitatea este capacitatea organismelor vii de a realiza reacAdaptabilitatea este capacitatea organismelor vii de a realiza reacţţii de rii de răăspuns spuns care scare săă le mareasc le mareascăă şşansele de supravieansele de supravieţţuire uire îîn condin condiţţiile schimbiile schimbăătoare ale toare ale mediului. Este dezvoltata maxim la om, care nu numai cmediului. Este dezvoltata maxim la om, care nu numai căă se conformeaz se conformeazăă cerincerinţţelor mediului ci elor mediului ci îîl l şşi modifici modificăă, transform, transformâându-l ndu-l îîn concordanta cu n concordanta cu necesitatile sale. necesitatile sale. Activitatea psihicActivitatea psihicăă este o component este o componentăă şşi o formi o formăă superioarsuperioarăă a adaptarii. a adaptarii.

Adaptarea este: structurală, comportamentală şi fiziologică.Adaptarea este: structurală, comportamentală şi fiziologică.Adaptarea structuralăAdaptarea structurală presupune modificarea adecvată a caracteristicilor fizice presupune modificarea adecvată a caracteristicilor fizice

ale unui organism prin realizarea de caracteristici defensive sau ofensive;ale unui organism prin realizarea de caracteristici defensive sau ofensive;Adaptarea comportamentalăAdaptarea comportamentală este compusă din lanţuri de comportament este compusă din lanţuri de comportament

moştenite în detaliu (ex.la insecte) sau cu tendinţe de învăţare;moştenite în detaliu (ex.la insecte) sau cu tendinţe de învăţare;Adaptarea fiziologicăAdaptarea fiziologică permite organismului să îndeplinească funcţii permite organismului să îndeplinească funcţii

speciale(venin, mirosuri, jet de lichid, electricitate, toxine) sau funcţii generale speciale(venin, mirosuri, jet de lichid, electricitate, toxine) sau funcţii generale (creşterea şi dezvoltarea, reglarea temperaturii, echilibrul ionic, etc)(creşterea şi dezvoltarea, reglarea temperaturii, echilibrul ionic, etc)

SEMNALUL BIOLOGIC SAU BIOSEMNALUL

BiosemnalulBiosemnalul descrie un fenomen fiziologic, indiferent de descrie un fenomen fiziologic, indiferent de natura acestei descrieri. Deoarece există o multitudine de natura acestei descrieri. Deoarece există o multitudine de mecanisme fiziologice, numărul de biosemnale este foarte mecanisme fiziologice, numărul de biosemnale este foarte mare, varietatea acestora extinzându-se de la simpla mare, varietatea acestora extinzându-se de la simpla inspecţie vizuală a persoanei supusă unei evaluări, până la inspecţie vizuală a persoanei supusă unei evaluări, până la semnalele corpului uman, înregistrate folosind senzori. semnalele corpului uman, înregistrate folosind senzori.

BiosemnalulBiosemnalul este o succesiune continuă sau discretă a este o succesiune continuă sau discretă a valorilor unor mărimi măsurabile în organismul viu purtând valorilor unor mărimi măsurabile în organismul viu purtând informaţii referitoare la existenţa şi desfăşurarea unor informaţii referitoare la existenţa şi desfăşurarea unor procese, reflectând deci o manifestare fizico-chimică ce procese, reflectând deci o manifestare fizico-chimică ce însoţeşte şi caracterizează diverse activităţi biologice. El însoţeşte şi caracterizează diverse activităţi biologice. El este o expresie temporală a modului în care evoluează este o expresie temporală a modului în care evoluează procesul în desfăşurarea sa naturală. procesul în desfăşurarea sa naturală.

CLASIFICAREA BIOSEMNALELOR

Criteriile de clasificare a biosemnalelor sunt următoarele:Criteriile de clasificare a biosemnalelor sunt următoarele:1. După modul de existenţă:1. După modul de existenţă:

- Permanente sau induse;- Permanente sau induse;2. După dependenţa de variabila timp:2. După dependenţa de variabila timp:

- Dinamice, statice sau cvasistatice;- Dinamice, statice sau cvasistatice;3. După natura lor:3. După natura lor:

- Electrice, de bioimpedanţă, magnetice, acustice, chimice, biomecanice, - Electrice, de bioimpedanţă, magnetice, acustice, chimice, biomecanice, biooptice, termice, radiologice, ultrasonice;biooptice, termice, radiologice, ultrasonice;

4. După domeniul de utilizare:4. După domeniul de utilizare:- În medicină: cardiologie, neurologie, neurochirurgie, psihiatrie, oftalmologie;- În medicină: cardiologie, neurologie, neurochirurgie, psihiatrie, oftalmologie;- În psihologie: - În psihologie: - În psihometrie pentru determinarea aptitudinilor sau a personalităţii;- În psihometrie pentru determinarea aptitudinilor sau a personalităţii;- În terapia cognitiv-comportamentală: neuro-feedback, neurosky, - În terapia cognitiv-comportamentală: neuro-feedback, neurosky, Emotive-EPOC, neuropac, etc;Emotive-EPOC, neuropac, etc;- În robotică, HMI, BCI;- În robotică, HMI, BCI;

5. După tipul semnalelor:5. După tipul semnalelor:- Continui, discrete;- Continui, discrete;

6. După posibilităţile de prelucrare:6. După posibilităţile de prelucrare:- Determinate:- Determinate:- periodice şi neperiodice;- periodice şi neperiodice;- Stochastice:- Stochastice:- Staţionare sau nestaţionare.- Staţionare sau nestaţionare.

CLASIFICAREA BIOSEMNALELOR

1. După modul de existenţă:1. După modul de existenţă: - Permanente sau induse;- Permanente sau induse;

CLASIFICAREA BIOSEMNALELOR

2. După dependenţa de variabila timp:2. După dependenţa de variabila timp: - Dinamice, statice sau cvasistatice;- Dinamice, statice sau cvasistatice;

CLASIFICAREA BIOSEMNALELOR

3. 3. După natura lor:După natura lor:- Electrice, de bioimpedanţă, magnetice, acustice, chimice, - Electrice, de bioimpedanţă, magnetice, acustice, chimice, biomecanice, biooptice, termice, radiologice, ultrasonice;biomecanice, biooptice, termice, radiologice, ultrasonice;

După prelucrabilitate, biosemnalele sunt După prelucrabilitate, biosemnalele sunt deterministedeterministe sau sau stochasticestochastice..

Biosemnalele deterministeBiosemnalele deterministe sunt descrise matematic sau grafic. Deşi nu există în sunt descrise matematic sau grafic. Deşi nu există în realitate semnale ideal determinabile datorită unui fond de zgomot necunoscut, realitate semnale ideal determinabile datorită unui fond de zgomot necunoscut, este convenabil să aproximăm un biosemnal printr-o funcţie deterministă. este convenabil să aproximăm un biosemnal printr-o funcţie deterministă. Aceste tipuri de biosemnale sunt cele Aceste tipuri de biosemnale sunt cele periodiceperiodice, , quasi-periodicequasi-periodice şi şi tranzitoriitranzitorii. .

Biosemnalele stochasticeBiosemnalele stochastice alcătuiesc cea mai importantă clasă a biosemnalelor. alcătuiesc cea mai importantă clasă a biosemnalelor. Ele nu pot fi determinate exact şi pot fi descrise numai în termeni de Ele nu pot fi determinate exact şi pot fi descrise numai în termeni de probabilităţi. probabilităţi. Procesele stochastice sunt Procesele stochastice sunt staţionarestaţionare sau sau non-staţionarenon-staţionare. . Procesele stochastice staţionare sunt procese ale căror statistici nu se Procesele stochastice staţionare sunt procese ale căror statistici nu se schimbă în timp, însă majoritatea proceselor sunt nestaţionare.schimbă în timp, însă majoritatea proceselor sunt nestaţionare.

Biosemnalele pot fi generate spontan sau provocate prin acţiuni, tehnici şi Biosemnalele pot fi generate spontan sau provocate prin acţiuni, tehnici şi mecanisme stimulatorii. Pentru a putea fi interpretate corect, în funcţie de mecanisme stimulatorii. Pentru a putea fi interpretate corect, în funcţie de natura lor, biosemnalele sunt supuse acţiunii natura lor, biosemnalele sunt supuse acţiunii bioinstrumentaţiei exploratoriibioinstrumentaţiei exploratorii. . Aceasta reprezintă un ansamblul de dispozitive, aparate şi instrumente de Aceasta reprezintă un ansamblul de dispozitive, aparate şi instrumente de măsură destinate înregistrării, stocării, prelucrării şi cuantificării diverselor tipuri măsură destinate înregistrării, stocării, prelucrării şi cuantificării diverselor tipuri de biosemnale.de biosemnale.

CLASIFICAREA BIOSEMNALELOR

BIOSEMNALE ELECTRICEBIOSEMNALE ELECTRICE

Sunt generate de nervi, celule şi celule musculare. Sursa este potenţialul de membrană, care în anumite condiţii poate fi stimulat pentru a genera un potenţial de acţiune. În mai multe măsurători brute, unde, de exemplu, electrozii de suprafaţă sunt utilizaţi ca senzori, câmpul electric generat de acţiunea mai multor celule, distribuite în vecinătatea electrodului, constituie semnalul bioelectric. Câmpul electric se propagă prin mediul biologic şi astfel potenţialul poate fi achiziţionat de pe suprafaţă, din zone convenabile, evitându-se astfel o operaţie invazivă. Semnalul bioelectric necesită traductori relativ simpli pentru achiziţie. Cele mai studiate biosemnale electrice sunt:

1. Biosemnalele ECG (electrocardiografie);2. Biosemnalele EEG (electroencefalografie);3. Biosemnalele EMG (electromiografie);4. Biosemnalele EOG (electrooculografie);5. Biosemnalele ERG (electroretinografie);6. Biosemnalele EDA (reflexul electrodermal)

SEMNALE SEMNALE DE BIOIMPEDANDE BIOIMPEDANŢĂŢĂ

Impedanţa ţesutului conţine importante informaţii privind compoziţia, volumul de sânge, distribuţia sângelui, activitatea endocrină, activitatea sistemului nervos, etc.

Semnalul de bioimpedanţă este, în mod uzual, generat prin aplicarea în stratul superficial sau în ţesut a unui semnal sinusoidal de test cu frecvenţa între 50 kHz-1 MHz, şi I=2mA - 20 mA. Domeniul de frecvenţe este ales pentru a se minimiza problemele de polarizare ale electrodului, iar curenţii slabi pentru a evita deteriorarea ţesutului prin încălzire.

SEMNALE BIOMAGNETICESEMNALE BIOMAGNETICEDiferite organe, cum ar fi creierul, inima, plămânii produc câmpuri magnetice slabe ( 10-9 T la 10-6 T ).

Măsurătorile oferă informaţii care nu sunt incluse în alte tipuri de biosemnale (cum ar fi semnale bioelectrice). Datorită nivelului scăzut ale câmpurilor magnetice care urmează să fie măsurate, semnalele biomagnetice au, de obicei, un raport semnal/zgomot foarte mic, ceea ce necesită prudenţă în proiectarea sistemului de achiziţie a acestor semnale.

Bioelectricitate BioelectromagnetismBiomagnetism

Celule nervoaseElectroencefalografia EEG Magnetoencefalografia MEG Electroneurografia ENG Magnetoneurografia MNG Electroretinografia ERG Magnetoretinografia MRG

Celule musculareElectrocardiografia ECG Magnetocardiografia MCG Electromiografia EMG Magnetomiografia MMG

Alte ţesuturiElectro-oculografia EOG Magneto-oculografia MOG Electronistagmografia ENG Magnetonistagmografia MNG

Dispozitive de interferenţă

SEMNALE BIOSEMNALE BIOACUSTICEACUSTICE

Multe fenomene biomedicale crează zgomot acustic. Fluxul de sânge în inimă, prin valvele inimii, sau prin vasele de sange

generează zgomot tipic acustic. Fluxul de aer prin căile respiratorii şi în plămâni creează unde acustice.

Aceste sunete, cunoscute sub numele de tuse, sforăit, şi sunetele din piept la nivelul plămanilor sunt utilizate pe scară largă în procesarea semnalelor.

Sunetele sunt, de asemenea, generate în tractul digestiv şi la nivelul articulaţiilor.

Muşchiul contractat produce un zgomot acustic (zgomot muscular). Deoarece energia acustică se propagă prin mediul biologic, semnalul bioacoustic poate fi convenabil achiziţionat la suprafaţă, folosind traductoare acustice ( microfoane sau accelerometre ).

SEMNALE BIOCHIMICESEMNALE BIOCHIMICE

Semnale biochimice sunt rezultatul măsurătorilor chimice pe ţesutul viu sau din probele analizate în laboratoarele clinice.

Concentraţia de ioni, în interiorul şi în vecinătatea unei celule, măsurată cu ajutorul unor electrozi ionici specifici, este un exemplu de un astfel de semnal. Presiunea parţială de oxigen (PO2) şi de dioxid de carbon (PCO2 ) în sânge sau în sistemul respirator, sau pH-ul sanguin.

Semnalele biochimice sunt semnale de foarte joasă frecvenţă.

Cele mai multe semnale biochimice sunt de fapt semnale de curent continuu.

SEMNALE BIOMECANICESEMNALE BIOMECANICE

Termenul semnale biomecanice include toate semnalele folosite în domeniul biomedicinei, care provin de la o funcţie mecanică a sistemului biologic.

Aceste semnale includ mişcare şi semnale de deplasare, presiune şi tensiune, semnalele de flux şi altele.

Măsurarea semnalelor biomecanice necesită o varietate de traductoare, nu întotdeauna simplă şi ieftină.

Fenomenul mecanic nu se propagă, aşa cum se întâmplă în cazul celor electrice, magnetice şi câmpurilor acustice.

Prin urmare, măsurarea, de obicei, trebuie să fie efectuată exact în locul apariţiei semnalului.

Aceasta complică măsurarea şi determină ca procedura să fie învazivă. De exemplu, tensiunea arterială, fonocardiografia non-directă, carotidografia, etc.

Sunt rezultatul funcţiilor optice ale sistemului biologic care apar în mod natural sau sunt induse în măsurare.

Oxigenarea sângelui poate fi estimată prin măsurarea retro-imprăştierii luminii transmise printr-un ţesut in vivo şi in vitro în mai multe lungimi de undă (oximetria).

De asemenea se pot obţine importante informaţii despre făt prin măsurarea fluorescenţei caracteristice a lichidului amniotic.

Dezvoltarea tehnologiilor de fibră optică a deschis o perspectivă majoră investigării semnalelor biooptice.

SEMNALE BIOOPTICESEMNALE BIOOPTICE

Biosemnalele termiceBiosemnalele termice conţin informaţii continue sau discrete în legatură conţin informaţii continue sau discrete în legatură cu distribuţia temperaturii în corp sau la suprafaţă. cu distribuţia temperaturii în corp sau la suprafaţă.

Măsurarea temperaturii reflectă procese fizice şi biochimice ce au loc în Măsurarea temperaturii reflectă procese fizice şi biochimice ce au loc în organism. Măsurarea se face de obicei printr-o metodă de contact cu organism. Măsurarea se face de obicei printr-o metodă de contact cu ajutorul unei varietăţi de termometre. În cazuri speciale se utilizează ajutorul unei varietăţi de termometre. În cazuri speciale se utilizează camera termografică 2D.camera termografică 2D.

Biosemnalele radiologiceBiosemnalele radiologice sunt formate prin interacţiunea de radiaţii sunt formate prin interacţiunea de radiaţii ionizante cu structuri biologice. Ele transportă informaţii despre ionizante cu structuri biologice. Ele transportă informaţii despre structurile interioare anatomice. Acestea joacă un rol important în structurile interioare anatomice. Acestea joacă un rol important în diagnosticare şi terapie.diagnosticare şi terapie.

Biosemnalele ultrasonice Biosemnalele ultrasonice sunt formate prin interacţiunea undelor sunt formate prin interacţiunea undelor ultrasonice cu ţesuturile organismului . Ele conţin informaţii despre ultrasonice cu ţesuturile organismului . Ele conţin informaţii despre impedanţele acustice ale structurilor biologice şi modificarile lor impedanţele acustice ale structurilor biologice şi modificarile lor anatomice. Acestea sunt achiziţionate de sonde conţinând traductor anatomice. Acestea sunt achiziţionate de sonde conţinând traductor piezoelectric. (Ex. ecografie)piezoelectric. (Ex. ecografie)

ALTE BIOSEMNALEALTE BIOSEMNALE

BIOSEMNALE ELECTRICEBiosemnale electrice. Tipuri şi caracteristiciBiosemnale electrice. Tipuri şi caracteristiciEfectele electrice caracteristice organismului viu rezultă din proprietăţi fundamentale celulare şi anume, Efectele electrice caracteristice organismului viu rezultă din proprietăţi fundamentale celulare şi anume,

potenţialul transmembranar şi potenţialul de acţiune. potenţialul transmembranar şi potenţialul de acţiune. Potenţialul transmembranar este determinat de distribuţia neuniformă a ionilor în interiorul şi exteriorul Potenţialul transmembranar este determinat de distribuţia neuniformă a ionilor în interiorul şi exteriorul

celulelor, ca rezultat al proceselor neântrerupte de transport activ prin membrana celulară. Ca o celulelor, ca rezultat al proceselor neântrerupte de transport activ prin membrana celulară. Ca o consecinţă, potenţialul în celula polarizată este cu 90 mV mai scăzut decât în mediul extracelular. consecinţă, potenţialul în celula polarizată este cu 90 mV mai scăzut decât în mediul extracelular. Potenţialul transmembranar – de repaos – nu produce efecte electrice măsurabile în volumul Potenţialul transmembranar – de repaos – nu produce efecte electrice măsurabile în volumul ţesuturilor. ţesuturilor.

Excitabilitatea celulară face ca un stimul suficient de intens să declanşeze un proces energetic tranzitoriu, Excitabilitatea celulară face ca un stimul suficient de intens să declanşeze un proces energetic tranzitoriu, constând din deplasări masive de ioni prin membrana celulară, însoţite de variaţii de potenţial constând din deplasări masive de ioni prin membrana celulară, însoţite de variaţii de potenţial electric. În decursul unei fracţiuni de milisecundă potenţialul intracelular realizează un salt de 0,12 V, electric. În decursul unei fracţiuni de milisecundă potenţialul intracelular realizează un salt de 0,12 V, după care revine la valoarea de repaos. Depolarizarea şi repolarizarea celulară generează potenţial după care revine la valoarea de repaos. Depolarizarea şi repolarizarea celulară generează potenţial de acţiune. Potenţialul de acţiune poate produce efecte în proximitatea celulei. Dacă agentul de acţiune. Potenţialul de acţiune poate produce efecte în proximitatea celulei. Dacă agentul stimulator excită mai multe celule în acelaşi timp, potenţialele de acţiune se însumează spaţial şi stimulator excită mai multe celule în acelaşi timp, potenţialele de acţiune se însumează spaţial şi efectele receptabile devin mai mari. De exemplu, depolarizarea celulelor musculare din inimă efectele receptabile devin mai mari. De exemplu, depolarizarea celulelor musculare din inimă generează variaţii de potenţial electric, detectabile la nivelul extremităţii membrelor.generează variaţii de potenţial electric, detectabile la nivelul extremităţii membrelor.

BIOSEMNALE ELECTRICE

Potenţialul de acţiune celular (PAC), ca efect electric al depolarizării prin stimulare, apare la Potenţialul de acţiune celular (PAC), ca efect electric al depolarizării prin stimulare, apare la anumite tipuri de celule – neuron, fibră nervoasă, fibră musculară, celula glandulară şi anumite tipuri de celule – neuron, fibră nervoasă, fibră musculară, celula glandulară şi receptorii de stimuli fizici sau chimici.receptorii de stimuli fizici sau chimici.

Neuronii şi fibrele musculare din organism răspund prin depolarizare la influxul nervos. În Neuronii şi fibrele musculare din organism răspund prin depolarizare la influxul nervos. În plus, fibra musculară se tensionează mecanic, cu tendinţa de scurtare puternică. Pe de plus, fibra musculară se tensionează mecanic, cu tendinţa de scurtare puternică. Pe de altă parte, toate celulele excitabile se depolarizează ca urmare a unei stimulări electrice altă parte, toate celulele excitabile se depolarizează ca urmare a unei stimulări electrice artificiale. Studiul potenţialului de acţiune generat de diferite tipuri de celule excitabile, artificiale. Studiul potenţialului de acţiune generat de diferite tipuri de celule excitabile, efectuat în afara organismului, în “vitro”, evidenţiază o desfăşurare şi caracteristici efectuat în afara organismului, în “vitro”, evidenţiază o desfăşurare şi caracteristici asemănătoare. Activitatea unei celule din interiorul organismului nu poate fi pusă în asemănătoare. Activitatea unei celule din interiorul organismului nu poate fi pusă în evidenţă. În schimb, evidenţă. În schimb, semnalele bioelectricesemnalele bioelectrice generate de diverse grupuri de celule, generate de diverse grupuri de celule, asociate în unităţi funcţionale, organe, muşchi, ţesuturi, reprezintă particularităţi asociate în unităţi funcţionale, organe, muşchi, ţesuturi, reprezintă particularităţi inconfundabile, cu parametrii specifici din care se deduc aprecieri privind vitalitatea şi inconfundabile, cu parametrii specifici din care se deduc aprecieri privind vitalitatea şi funcţionalitatea acestora.funcţionalitatea acestora.

Pentru uşurinţa schimbului informaţional şi unificarea aparaturii necesare la explorările Pentru uşurinţa schimbului informaţional şi unificarea aparaturii necesare la explorările funcţionale, au fost acceptate metode şi tehnici de prelevare, prelucrare şi interpretare funcţionale, au fost acceptate metode şi tehnici de prelevare, prelucrare şi interpretare ale semnalelor bioelectrice emise de organismul uman. ale semnalelor bioelectrice emise de organismul uman.

BIOSEMNALELE ECG (ELECTROCARDIOGRAFIE)BIOSEMNALELE ECG (ELECTROCARDIOGRAFIE)

Efectele electrice generate de inima în funcţiune, detectabile în cea mai mare parte a Efectele electrice generate de inima în funcţiune, detectabile în cea mai mare parte a corpului, formează obiectul cercetării în electrocardiografie (ECG). Înregistrarea rezultată corpului, formează obiectul cercetării în electrocardiografie (ECG). Înregistrarea rezultată în decursul timpului se numeşte electrocardiogramă. În funcţie de punctele contactate pe în decursul timpului se numeşte electrocardiogramă. În funcţie de punctele contactate pe corp şi circuitele electrice realizate – pe de o parte – şi starea sănătăţii celui investigat – corp şi circuitele electrice realizate – pe de o parte – şi starea sănătăţii celui investigat – pe de altă parte – înregistrările ECG prezintă aspecte distincte. Cu toate că inima bate pe de altă parte – înregistrările ECG prezintă aspecte distincte. Cu toate că inima bate clic datorită automatismului funcţional, înregistrările nu se repetă întocmai ca formă, clic datorită automatismului funcţional, înregistrările nu se repetă întocmai ca formă, amplitudini şi intervale. Din această cauză semnalele bioelectrice ECG fac parte in amplitudini şi intervale. Din această cauză semnalele bioelectrice ECG fac parte in categoria funcţiilor aleatoare, a căror interpretare reclamă şi analiza statistică. categoria funcţiilor aleatoare, a căror interpretare reclamă şi analiza statistică.

Caracteristicile parametrilor ECG.Caracteristicile parametrilor ECG. Studiul ECG se bazează în principal pe descrierea Studiul ECG se bazează în principal pe descrierea abaterilor liniei traseului de la linia izoelectrică, adică undele (deflexiunile). Acestea sunt abaterilor liniei traseului de la linia izoelectrică, adică undele (deflexiunile). Acestea sunt caracterizate de durată (în secunde); amplitudinea (în mV sau mm); orientarea vectorială caracterizate de durată (în secunde); amplitudinea (în mV sau mm); orientarea vectorială (unghiul vectorului mediu corespunzător undei respective în planul frontal) ; forma (unghiul vectorului mediu corespunzător undei respective în planul frontal) ; forma (îngroşări, neregularităţi). Undele care se analizează pe traseul ECG sunt unda P, (îngroşări, neregularităţi). Undele care se analizează pe traseul ECG sunt unda P,

complexul QRS, unda T şi unda U.complexul QRS, unda T şi unda U.

BIOSEMNALELE EEG (ELECTROENCEFALOGRAFIE)BIOSEMNALELE EEG (ELECTROENCEFALOGRAFIE)Efectele electrice generate în procesele activităţilor cerebrale. Biopotenţialele corticale provin din Efectele electrice generate în procesele activităţilor cerebrale. Biopotenţialele corticale provin din

activitatea metabolică şi funcţională a celulelor neuronale, în special a celulelor piramidale din activitatea metabolică şi funcţională a celulelor neuronale, în special a celulelor piramidale din cortexul cerebral. Înregistrarea acestor biopotenţiale sub denumirea de EEG permite analiza cortexul cerebral. Înregistrarea acestor biopotenţiale sub denumirea de EEG permite analiza activitatii electrice a ţesutului nervos excitabil. Inregistrarea activitatii electrice cerebrale se poate activitatii electrice a ţesutului nervos excitabil. Inregistrarea activitatii electrice cerebrale se poate face sub forma de: EEG (electroencefalogama) = inregistrarea neinvaziva, transcraniana a activitatii face sub forma de: EEG (electroencefalogama) = inregistrarea neinvaziva, transcraniana a activitatii electrice corticale spontane sau provocate; ECoG (electrocorticograma) = înregistrarea activităţii electrice corticale spontane sau provocate; ECoG (electrocorticograma) = înregistrarea activităţii electrice direct de pe cortexul cerebral în timpul interventiilor neurohirurgicale sau prin electrozi electrice direct de pe cortexul cerebral în timpul interventiilor neurohirurgicale sau prin electrozi implantati cronic pe scoarta cerebrala; Stereoencefalografia = înregistrarea activităţii unor structuri implantati cronic pe scoarta cerebrala; Stereoencefalografia = înregistrarea activităţii unor structuri profunde din creier, prin electrozi inserati prin metode de orientare spatiala - stereotaxie acut în profunde din creier, prin electrozi inserati prin metode de orientare spatiala - stereotaxie acut în timpul intervenţiilor chirurgicale sau cronici; Telemetria EEG = utilizarea electrozilor şi sistemelor de timpul intervenţiilor chirurgicale sau cronici; Telemetria EEG = utilizarea electrozilor şi sistemelor de culegere şi transmitere la distanţa permit studiul activităţii corticale a subiecţilor în condiţii speciale culegere şi transmitere la distanţa permit studiul activităţii corticale a subiecţilor în condiţii speciale (teste fizio -farmacologice, antrenament).(teste fizio -farmacologice, antrenament).

Caracteristicile parametrilor EEG. EEG este caracterizată de patru ritmuri esenţiale: alpha (a), beta (b), Caracteristicile parametrilor EEG. EEG este caracterizată de patru ritmuri esenţiale: alpha (a), beta (b), delta (d), theta (Q). Stabilirea diagnosticului diferenţial între manifestări clinice neurologice şi delta (d), theta (Q). Stabilirea diagnosticului diferenţial între manifestări clinice neurologice şi neurochirurgicale se bazează pe ajutorul EEG. Semnalul EEG se foloseşte frecvent în studiul stării neurochirurgicale se bazează pe ajutorul EEG. Semnalul EEG se foloseşte frecvent în studiul stării de conştienţă, somnului, diagnosticarea şi tratamentul epilepsiei. Potenţialele evocate (ERP) sunt de conştienţă, somnului, diagnosticarea şi tratamentul epilepsiei. Potenţialele evocate (ERP) sunt variaţii electrice determinate de prezenţa stimulilor externi şi oferă date despre procesele cognitive, variaţii electrice determinate de prezenţa stimulilor externi şi oferă date despre procesele cognitive, atât în registrul normal, cât şi al anomaliilor neurologice şi psihiatrice.atât în registrul normal, cât şi al anomaliilor neurologice şi psihiatrice.

BIOSEMNALELE EMG (ELECTROMIOGRAFIE)BIOSEMNALELE EMG (ELECTROMIOGRAFIE)

““Electromiografia este studiul funcţiei musculare prin cercetarea semnalului electric pe care Electromiografia este studiul funcţiei musculare prin cercetarea semnalului electric pe care acesta îl produce” (Muscles Alive, Basmajian şi DeLuca, 1985). Forma semnalului EMG acesta îl produce” (Muscles Alive, Basmajian şi DeLuca, 1985). Forma semnalului EMG depinde de intensitatea şi tipul contracţiei musculare.depinde de intensitatea şi tipul contracţiei musculare.

Caracteristicile EMGCaracteristicile EMGComportarea ţesutului muscular este descrisă cu ajutorul unor mărimi electrice: Comportarea ţesutului muscular este descrisă cu ajutorul unor mărimi electrice:

conductivităţile ţesutului muscular în 3 direcţii spaţiale, conductivităţile tesuturilor conductivităţile ţesutului muscular în 3 direcţii spaţiale, conductivităţile tesuturilor adipoase şi pielii, respectiv; grosimile tesuturilor adipoase şi pielii; MU este unitatea adipoase şi pielii, respectiv; grosimile tesuturilor adipoase şi pielii; MU este unitatea motoare. Recrutarea MU începe de la fibre de cea mai mică dimensiune, cu o conducţie motoare. Recrutarea MU începe de la fibre de cea mai mică dimensiune, cu o conducţie mică. Teoretic, cu cât viteza de conducţie creşte (respectiv de propagare) cu atât este mică. Teoretic, cu cât viteza de conducţie creşte (respectiv de propagare) cu atât este mai mare puterea spectrală a semnalului de suprafaţă EMG. Rezultatele experimentale mai mare puterea spectrală a semnalului de suprafaţă EMG. Rezultatele experimentale obţinute cu acest model au reliefat că proprietăţile electrice ale muşchiului sunt obţinute cu acest model au reliefat că proprietăţile electrice ale muşchiului sunt determinante în relaţia dintre parametrii spectrali şi viteza de conducţie CV. determinante în relaţia dintre parametrii spectrali şi viteza de conducţie CV. Caracteristicile semnalului pot fi studiate cu algoritmi şi metode de analiză adecvate, Caracteristicile semnalului pot fi studiate cu algoritmi şi metode de analiză adecvate, soluţiile hardware urmând a fi concepute pentru diverse aplicaţii ale EMG. Procesarea cu soluţiile hardware urmând a fi concepute pentru diverse aplicaţii ale EMG. Procesarea cu transformata wavelettransformata wavelet pentru un semnal non-staţionar cum este EMG oferă perspective pentru un semnal non-staţionar cum este EMG oferă perspective promiţătoare. promiţătoare.

BIOSEMNALE ELECTRICE

Biosemnalele EOG (electrooculografie) Reprezintă înregistrarea Biosemnalele EOG (electrooculografie) Reprezintă înregistrarea grafică a variaţiei dipolului electric al globului ocular, generate grafică a variaţiei dipolului electric al globului ocular, generate prin mişcările spontane sau evocate ale acestuia. prin mişcările spontane sau evocate ale acestuia.

Caracteristicile EOG. Ochiul este un dipol electric, cu corneea Caracteristicile EOG. Ochiul este un dipol electric, cu corneea pozitivă comparativ cu retina, cu un potenţial de repaus, de aprox. pozitivă comparativ cu retina, cu un potenţial de repaus, de aprox. 6 mV, între polul anterior si posterior. Semnalele sînt generate de 6 mV, între polul anterior si posterior. Semnalele sînt generate de miscarile oculare laterale iar mărimea semnalului este miscarile oculare laterale iar mărimea semnalului este proporţională cu mărimea diferenţei de potenţial corneo-retinian. proporţională cu mărimea diferenţei de potenţial corneo-retinian. Termenul de EOG este utilizat pentru a descrie utilitatea clinica a Termenul de EOG este utilizat pentru a descrie utilitatea clinica a unui test care compara PR retiniene a ochiului adaptat la lumina unui test care compara PR retiniene a ochiului adaptat la lumina cu cel adaptat la întuneric si pentru investigarea nistagmusului. cu cel adaptat la întuneric si pentru investigarea nistagmusului. (ENG -electronistagmografie).(ENG -electronistagmografie).

BIOSEMNALE ELECTRICEBiosemnalele ERG (electroretinografie). Furnizează activitatea electrică a retinei stimulate Biosemnalele ERG (electroretinografie). Furnizează activitatea electrică a retinei stimulate

pe cale optică. Un electrod este plasat pe ochi pentru a obtine raspunsul electric la pe cale optică. Un electrod este plasat pe ochi pentru a obtine raspunsul electric la lumina. Cînd ochiul este stimulat cu blitz sau lumină continuă electrodul înregistreaza un lumina. Cînd ochiul este stimulat cu blitz sau lumină continuă electrodul înregistreaza un potenţial electric care poate fi afişat pe un osciloscop.potenţial electric care poate fi afişat pe un osciloscop.

Caracteristicile ERG. Caracteristicile ERG. Traseul ERG la om include două unde notate în mod convenţional a şi b. Unda "a" este Traseul ERG la om include două unde notate în mod convenţional a şi b. Unda "a" este

datorata hiperpolarizarii receptorilor retinieni si prezinta doua componente a1 si a2. datorata hiperpolarizarii receptorilor retinieni si prezinta doua componente a1 si a2. Unda Unda a1 reflecta activitatea conurilor (componenta fotopica) iar a2 se manifesta in special in a1 reflecta activitatea conurilor (componenta fotopica) iar a2 se manifesta in special in cursul adaptarii la întuneric (bastonase, componenta scotopica). cursul adaptarii la întuneric (bastonase, componenta scotopica). Stimularea cu lumina Stimularea cu lumina rosie disociaza cele doua componente. Latenta undei "a" este între 5 - 20 msec iar rosie disociaza cele doua componente. Latenta undei "a" este între 5 - 20 msec iar amplitudinea intre 50 - 300 mV. amplitudinea intre 50 - 300 mV. Unda "b" este consecinta activarii celulelor Mueller Unda "b" este consecinta activarii celulelor Mueller (celule intermediare cu rol de integrare si prelucrare intraretiniana a informatiei) de către (celule intermediare cu rol de integrare si prelucrare intraretiniana a informatiei) de către celulele receptoare. celulele receptoare. Prezintă două componente (b1 si b2) cu origine similara undelor a1 Prezintă două componente (b1 si b2) cu origine similara undelor a1 si a2. Amplitudinea undei "b" (100 - 300 mV), usor accesibila masuratorii este un si a2. Amplitudinea undei "b" (100 - 300 mV), usor accesibila masuratorii este un parametru important clinic. Alte unde pe traseul ERG ( b , c, d, e, f, g, h = potentiale parametru important clinic. Alte unde pe traseul ERG ( b , c, d, e, f, g, h = potentiale oscilatorii tardive) au o semnificatie clinica redusa. Stimularea luminoasa intensa a oscilatorii tardive) au o semnificatie clinica redusa. Stimularea luminoasa intensa a retinei determina raspunsul sistemului fotopic (conuri), concretizat prin dedublarea retinei determina raspunsul sistemului fotopic (conuri), concretizat prin dedublarea undelor "a" si "b" si aparitia potentialelor oscilatorii. Utilizarea unor stimuli cu lungime undelor "a" si "b" si aparitia potentialelor oscilatorii. Utilizarea unor stimuli cu lungime mare de unda (lumina rosie) si intensitate suficienta produce un raspuns fotopic izolat. În mare de unda (lumina rosie) si intensitate suficienta produce un raspuns fotopic izolat. În timpul adaptarii la întuneric, stimulii cu intensitate mica sau lungime de unda scurta timpul adaptarii la întuneric, stimulii cu intensitate mica sau lungime de unda scurta produc raspuns predominant din parte sistemului scotopic (bastonase) caracterizat prin produc raspuns predominant din parte sistemului scotopic (bastonase) caracterizat prin unda "a" lenta, urmata de unda "b" ampla si larga; în acest mod ERG este capabila sa unda "a" lenta, urmata de unda "b" ampla si larga; în acest mod ERG este capabila sa reflecte dualitatea funcţională a retinei.reflecte dualitatea funcţională a retinei.

BIOSEMNALE ELECTRICEBiosemnalele EDA (reflexul electrodermal). Răspunsul electrodermal constă în modificări ale Biosemnalele EDA (reflexul electrodermal). Răspunsul electrodermal constă în modificări ale

proprietăţilor electrice ale pielii unei persoane datorită interacţiunii dintre factorii de mediu şi starea proprietăţilor electrice ale pielii unei persoane datorită interacţiunii dintre factorii de mediu şi starea psihofiziologică. De obicei sunt urmărite variaţiile rezistenţei sau conductanţei epidermei. Conform psihofiziologică. De obicei sunt urmărite variaţiile rezistenţei sau conductanţei epidermei. Conform modelului exocrin al lui Edelberg, unul din modelele cele mai acceptate în domeniu, modificările modelului exocrin al lui Edelberg, unul din modelele cele mai acceptate în domeniu, modificările fazice ale conductanţei pielii apar atunci când glandele din piele se umplu, iar conductanţa pielii fazice ale conductanţei pielii apar atunci când glandele din piele se umplu, iar conductanţa pielii revine la valorile bazale atunci când această umezeală este reabsorbită de glande. In acest model, revine la valorile bazale atunci când această umezeală este reabsorbită de glande. In acest model, glandele exocrine de fapt reprezintă nişte rezistenţe. Conductanţa creşte (rezistenţa scade) atunci glandele exocrine de fapt reprezintă nişte rezistenţe. Conductanţa creşte (rezistenţa scade) atunci când aceste glande se umplu. Amplitudinea modificării conductanţei derivă din cantitatea de soluţie când aceste glande se umplu. Amplitudinea modificării conductanţei derivă din cantitatea de soluţie conţinută de glande, precum şi de numărul glandelor exocrine activate simultan. Activarea glandelor conţinută de glande, precum şi de numărul glandelor exocrine activate simultan. Activarea glandelor exocrine este reglată neural. Asupra lor îşi exercită comanda sistemul nervos vegetativ ortosimpatic, exocrine este reglată neural. Asupra lor îşi exercită comanda sistemul nervos vegetativ ortosimpatic, având drept neuromediator al joncţiunii neuroglandulare, acetilcolina, activitatea electrodermală fiind având drept neuromediator al joncţiunii neuroglandulare, acetilcolina, activitatea electrodermală fiind o proiecţie în biopotenţiale electrice (neurosemnale), a acţiunii formaţiunii reticulare a trunchiului o proiecţie în biopotenţiale electrice (neurosemnale), a acţiunii formaţiunii reticulare a trunchiului cerebral, a hipotalamusului, a sistemului limbic şi a cortexului motor. Se mai cunoaşte de asemenea cerebral, a hipotalamusului, a sistemului limbic şi a cortexului motor. Se mai cunoaşte de asemenea că activitatea electrică a pielii este corelată cu debitul de sânge în zonele periferice, depinzând direct că activitatea electrică a pielii este corelată cu debitul de sânge în zonele periferice, depinzând direct de pulsul inimii.de pulsul inimii.

Caracteristicile EDA. În cazul unui neurosemnal de tip EDA, mărimile caracterizate sunt conductanţa Caracteristicile EDA. În cazul unui neurosemnal de tip EDA, mărimile caracterizate sunt conductanţa tonică şi cea fazică. SCL (skin conductance level) reprezintă conductanţa tonică sau bazală a pielii, tonică şi cea fazică. SCL (skin conductance level) reprezintă conductanţa tonică sau bazală a pielii, un nivel de conductanţă manifest în absenţa oricărui stimul extern. SCL este exprimat în mS (micro un nivel de conductanţă manifest în absenţa oricărui stimul extern. SCL este exprimat în mS (micro Siemens), şi se încadrează în general în intervalul 10-50 mS. Conductanţa fazică, SCR (skin Siemens), şi se încadrează în general în intervalul 10-50 mS. Conductanţa fazică, SCR (skin conductance response) ia naştere în prezenţa unui stimul extern (vizual, auditiv, tactil, etc) şi conductance response) ia naştere în prezenţa unui stimul extern (vizual, auditiv, tactil, etc) şi reprezintă o creştere a conductanţei pielii ce poate dura până la 10-20 secunde urmată de revenirea reprezintă o creştere a conductanţei pielii ce poate dura până la 10-20 secunde urmată de revenirea la SCL. În literatura de scpecialitate (Edelberg, 1968) este menţionat aspectul că aceste reacţii de tip la SCL. În literatura de scpecialitate (Edelberg, 1968) este menţionat aspectul că aceste reacţii de tip SCR sau GSR (galvanic skin response) pot avea loc şi spontan, în absenţa oricărui stimul extern, cu SCR sau GSR (galvanic skin response) pot avea loc şi spontan, în absenţa oricărui stimul extern, cu o frecvenţă de 1-3/min.o frecvenţă de 1-3/min.