Influência da Força e do Controlo Motor na Relação Entre a Atividade Elétrica Cerebral e Muscular

Abstract

Atualmente, o cérebro e a comunicação neuronal são dos temas mais investigados pela comunidade científica. Nesse âmbito, diversos estudos atribuem um papel importante ao fenómeno de sincronia de fase na relação entre atividade elétrica cerebral e muscular, durante a realização de uma tarefa motora. A presente dissertação enquadra-se numa investigação neste contexto, havendo resultados que apontam para uma prevalência de sincronia, entre sinais de Eletroencefalograma (EEG) e Eletromiograma (EMG), em períodos de maior controlo do movimento. Assim, o principal objetivo desta dissertação incide na validação da teoria de que existe uma relação entre a sincronia e o controlo motor. Foi utilizado um dispositivo experimental lúdico, desenvolvido anteriormente, que possibilita um controlo fino da força, durante períodos de tempo alargados. A aquisição de dados decorreu num laboratório especializado, localizado no Departamento de Engenharia Eletrotécnica da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. O protocolo de aquisição consistiu na recolha de EEG e EMG superficial ao longo do antebraço direito, simultaneamente, enquanto cada um dos 11 sujeitos da amostra (4 do sexo masculino e 7 do sexo feminino) executava tarefas de controlo motor através da utilização do jogo, durante 2 minutos. O jogo – Keep Control – tem como objetivo movimentar um cursor, controlado pela força exercida no atuador, através de gates, dispostas em posições verticais aleatórias. A boa qualidade e concordância dos resultados obtidos após processamento dos sinais com os algoritmos Separação de Fontes por Descorrelação Temporal (do inglês, Time-Delay Separation) (TDSEP) e Análise com Referência de Fase (do inglês, Referenced Phase Analysis) (RPA), em MATLAB, fundamenta a teoria apresentada. Existem dois tipos de fontes de interesse: motoras e pré-frontais (contralaterais, ipsilaterais e bilaterais), verificando-se a prevalência das motoras. Adicionalmente, fontes monopolares localizadas no lobo parietal também aparentam algum interesse. O aumento do número de sujeitos da amostra possibilitou a obtenção de resultados mais robustos e consistentes.

Currently, the brain and neuronal communication are one of the most studying topics by scientific community. In this context, several studies attribute an important role to the process of phase synchronization in the relationship between the electrical activity of the brain and the muscles, during the execution of a motor task. The following thesis is part of a research in the context, with results that point to a prevalence of synchrony between Eletroencephalogram (EEG) and Eletromyogram (EMG) signals, in periods of greater control of the movement. Thus, the main objective of this thesis focuses on the validation of the theory that there is a relationship between a synchrony and the control motor. The use of an experimental ludic device, previously developed, allowed precise control of the force, during extended periods of time. The data acquisition took place in a specialized laboratory, located in Departamento de Engenharia Eletrotécnica da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. The acquisition protocol consisted of the simultaneous collection of EEG and superficial EMG along the right forearm, while each of the 11 subjects (4 males and 7 females) performed motor control tasks through the use of the game, for 2 minutes. The game – Keep Control – aims to move a cursor, controlled by the force exerted on the actuator, through gates, arranged in random vertical positions. The good quality and coherence of the results obtained after processing the signals with the algorithms Time-Delay Separation (TDSEP) and Reference Phase Analysis (RPA), in MATLAB, bases the presented theory. There are two types of interesting sources: motor and pre-frontal (contralateral, ipsilateral and bilateral), and motor prevalence is verified. In addition, monopolar sources located in the parietal lobe also appear to have some interest. The increase in the number of subjects in the sample made it possible to obtain more robust and consistent results.