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Herramienta en Matlab para obtención de información de la base de datos y ficheros electroencefalograma del proyecto Mapeo Cerebral humano Cubano

Resumen: El proyecto Mapeo Cerebral Humano es un nuevo reto que enfrenta en la actualidad la comunidad científica internacional. El Centro de Neurociencias de Cuba (CNEURO) dirige las investigaciones de este tema en nuestro país a través del proyecto Mapeo Cerebral Humano Cubano (MCHC)...
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Autor: Raidel Oceguera Ravelo, Marleysi López Duque, Liliannes C. Matamoros Benitez
Resumen
El proyecto Mapeo Cerebral Humano es un nuevo reto que enfrenta en la actualidad la comunidad científica internacional. El Centro de Neurociencias de Cuba (CNEURO) dirige las investigaciones de este tema en nuestro país a través del proyecto Mapeo Cerebral Humano Cubano (MCHC). Los especialistas de CNEURO tienen almacenados los datos de las personas a las cuales se les realiza el estudio del mapeo cerebral en una base de datos implementada para el proyecto. Además, cuentan con la información generada por el electroencefalo-grama almacenada en ficheros denominados EEG. Después de tener organizados todos estos datos los especialistas necesitan, con la utilización del software matemático Matlab, extraer información de la base de datos y de los ficheros EEG para realizar estudios estadísticos posteriores. El trabajo de los especialistas del Centro de Neurociencias se afec-taba debido a que no existía ningún medio que lograra la comunicación de Matlab con la base de datos y con los ficheros EEG. El resultado de la presente investigación es una herramienta informá-tica desarrollada en Matlab, que permite extraer información de la base de datos del proyecto MCHC y de los ficheros generados en los estudios de la actividad eléctrica cerebral a través del elec-troencefalograma. Además, brinda la posibilidad de salvar la información extraída en formato mat, la cual es empleada en estudios posteriores. Esta herramienta es de suma importancia para el proyecto pues facilita el trabajo de los especialistas y agiliza los procesos para la obtención de resultados a corto plazo.

Palabras Clave: base de datos, electroencefalo-grama, fichero, herramienta, Matlab.

1. Introducción
Al concluir el proyecto de Genoma Humano, surge entonces para la comunidad científica otro reto de alcance similar: el proyecto Mapeo Cerebral Humano. Debido a su gran complejidad, este pro-yecto se comenzó a desarrollar de forma interna-cional, con la colaboración de toda la comunidad científica. El objetivo fundamental del proyecto es crear una enorme base de datos que permita agru-par y organizar toda la información del cerebro humano conocida hasta el momento, permitiéndole así a los científicos realizar estudios y profundizar en la comprensión del funcionamiento y estructura del cerebro, órgano más complejo del cuerpo humano. Estos estudios contribuyen al tratamiento precoz de enfermedades neurológicas, psicológi-cas, psiquiátricas y otras, con el fin de lograr una mejor calidad de vida de los pacientes.

Cuba también formaba parte del proyecto inter-nacional pero fue expulsada porque el proyecto estaba financiado por institutos norteamericanos y fondos federales. Por esa razón, Cuba a pesar de ser un país subdesarrollado y bloqueado por los Estados Unidos, decide comenzar el proyecto MCHC. Este proyecto es dirigido por los especialistas de CNEURO y persigue los mismos objetivos que el proyecto internacional. Los resultados obtenidos hasta la fecha, han sido altamente valorados por la comunidad científica mundial y esto ha servido de impulso para el perfeccionamiento y fortalecimiento del proyecto.
CNEURO cuenta con la colaboración de algunas instituciones como son:

- Instituto de Neurología.
- Centro de Investigaciones Médico Quirúrgi-cas (CIMEQ).
- Centro Nacional de Genética Médica.
- Dirección de Salud y la Oficina del Carné de Identidad del municipio La Lisa (Ciudad de La Habana).
- Algunos policlínicos de San Agustín (Ciu-dad de La Habana).
- Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI).

La UCI ha estado vinculada al proyecto casi desde su surgimiento en nuestro país, con el objeti-vo fundamental de elaborar herramientas para la gestión y almacenamiento de la información, para facilitar así la investigación a los especialistas.

El proyecto cubano Mapeo Cerebral Humano no solo ha introducido novedosas técnicas, sino que es el primero a nivel internacional en añadir el mapeo de la actividad eléctrica cerebral a través del electroencefalograma, el cual mide las ondas cerebrales a través de pequeños electrodos en forma de botón que se colocan sobre el cuero cabelludo. La información resultante del electroencefalograma es guardada en ficheros llamados EEG, y la información de las personas a las cuales se les realiza el estudio del mapeo cerebral es almacenada en una base de datos implementada para el proyecto. Además, los especialistas de Neurociencias utilizan Matlab, software matemático con un lenguaje de programación propio, denominado lenguaje M. Este software permite el desarrollo de algoritmos, visualización de datos, análisis de datos y cálculo numérico.

En la actualidad, después de tener almacenados y organizados los datos, los especialistas necesitan extraer determinada información, que se puede encontrar tanto en la base de datos del proyecto MCHC como en ficheros resultantes del electroencefalograma, con la utilización de Matlab para posteriormente realizar estudios sobre esta información. Hasta el momento los especialistas de CNEURO no tienen forma de extraer información, con la utilización de Matlab, de la base de datos y de los ficheros generados por el electroencefalo-grama, lo que impide que se agilice el avance del proyecto MCHC.

Para dar solución a la situación planteada se de-fine como objetivo general: desarrollar una herra-mienta informática en Matlab, que permita obtener información de la base de datos y de los ficheros EEG del proyecto Mapeo Cerebral Humano Cuba-no.

Este objetivo general se desglosa en los siguientes objetivos específicos:
- Definir las funcionalidades que debe tener la herramienta.
- Diseñar la herramienta que brinde solución al problema planteado.
- Implementar la herramienta diseñada.
- Probar el correcto funcionamiento de la herramienta implementada.

2. Metodología
Después de realizar un estudio sobre las meto-dologías y tecnologías actuales en el mundo ne-cesarias para el desarrollo de la herramienta in-formática y teniendo en cuenta principalmente las exigencias y necesidades de los especialis-tas de CNEURO se decidió optar por: Matlab como software matemático para el desarrollo de la herramienta por ser muy potente y debido al interés del usuario, Open Unified Process (Ope-nUP) como metodología de desarrollo de soft-ware ya que es una metodología ágil para pro-yectos de corta duración diseñada para peque-ños equipos de trabajo y esta metodología man-tiene las principales características de Rational Unified Process (RUP), obviando solamente las partes opcionales que RUP propone, lo que permite que el proceso sea más simple. Además, se utilizó como lenguaje de modelado Unified Modeling Language (UML) pues permite visualizar, especificar, construir y documentar los artefactos del sistema. También, se utilizó la herramienta CASE Visual Paradigm for UML ya que permite el diseño del producto de forma rápida y con calidad, presenta facilidad de uso frente a las demás y por su característica de ser multiplataforma.

Se describieron los conceptos más importantes en el entorno donde estará el sistema. Se ela-boró una lista de requerimientos funcionales mediante los cuales se definieron las funcionali-dades que el sistema será capaz de realizar y se especificaron los requisitos no funcionales para el correcto funcionamiento del sistema y para detallar las características del producto.

Se realizó el modelo de diseño con el propósito de describir cómo se debe implementar el siste-ma y se representó la estructura estática y dinámica del sistema, a través del diagrama de clases del diseño y de los diagramas de interac-ción (secuencia) respectivamente. También se describieron las clases más relevantes con el propósito de lograr un mejor entendimiento de las mismas. Se seleccionaron los patrones ar-quitectónicos y de diseño más convenientes pa-ra la implementación de la herramienta.

Se realizó el modelo de implementación con el propósito de mostrar los componentes del sis-tema y sus relaciones a través del diagrama de componentes y se implementó el sistema en términos de componentes. Mediante el diagrama de despliegue se mostró la configuración de los nodos de procesamiento en tiempo de ejecución y los vínculos de comunicación entre ellos. Además, se realizó el modelo de prueba para validar a través de las pruebas de caja negra que los requisitos fueron implementados correctamente y se describen los casos de prueba que verifican el correcto funcionamiento del sistema.

3. Resultados
Como resultado del trabajo realizado se obtuvo una herramienta en Matlab, capaz de obtener in-formación de la base de datos y de los ficheros EEG del proyecto Mapeo Cerebral Humano Cuba-no.

La herramienta fue diseñada con una interfaz agradable, fácil de usar y entender, de forma tal que el usuario no tenga dificultad alguna para su uso. La información manejada por la herramienta está protegida de acceso no autorizado y se en-cuentra disponible sólo para los usuarios que per-tenezcan al proyecto Mapeo Cerebral Humano Cu-bano y estén registrados en la base de datos, o sea, a través de la autenticación correcta se podrá obtener la información solicitada. Además, la herramienta es multiplataforma, pues podrá ser instalada y disponer de la misma en diferentes sis-temas operativos tales como Windows y Linux

La herramienta brinda la posibilidad de configu-rar la conexión a la base de datos, donde se debe especificar el nombre de la base de datos a la cual el usuario desea conectarse. Una vez lograda la conexión se muestra la ventana para la autentica-ción del usuario, donde debe introducir los datos necesarios (usuario y contraseña), después el sis-tema verifica los datos y si la autenticación es satisfactoria el usuario podrá realizar las consultas dinámicas a la base de datos o a los ficheros gene-rados por el electroencefalograma.

La herramienta permite añadir y eliminar las condiciones necesarias para realizar la consulta, después de realizarse la consulta, el usuario puede salvar la información extraída en un fichero con extensión .mat, el cual puede ser utilizado a través de Matlab para realizar análisis estadísticos. El usuario puede realizar el número de consultas que estime convenientes y generar todos los reportes que necesite.

El método de prueba utilizado fue el método de caja negra, mediante el cual se demostró que las funciones del software son operativas, que la entra-da se acepta de forma adecuada y que se produce un resultado correcto, ya que los resultados espe-rados coinciden con los resultados obtenidos.

4. Conclusiones
- La correcta especificación de los requerimientos y la realización del diseño del sistema permitie-ron implementar la herramienta informática, utili-zando el lenguaje de programación de Matlab (lenguaje m).
- Se probó el correcto funcionamiento de la herramienta, a través de las pruebas de caja negra realizadas mediante los casos de prueba.
- Se obtuvo una herramienta en Matlab, capaz de obtener información de la base de datos y de los ficheros EEG del proyecto Mapeo Cerebral Humano Cubano.
- La herramienta desarrollada facilita y agiliza el trabajo de los especialistas del centro de Neuro-ciencias que laboran en el proyecto Mapeo Ce-rebral Humano Cubano con el fin de obtener re-sultados a corto plazo.

5. Referencias Bibliográficas
1. Llanes, Clara Carmen. Mapeo cerebral humano: un reto del siglo XXI. [En línea] 19 de Septiembre de 2005. [Citado el: 18 de Noviembre de 2009.] http://www.voltairenet.org/article128202.html.
2. ICBM: International Consortium for Brain Mapping. [En línea] 2005. [Citado el: 18 de Noviembre de 2009.] http://www.loni.ucla.edu/ICBM/About.
3. El Electroencefalograma (EEG). [En línea] Health Topics, 6 de Abril de 2004. [Citado el: 28 de Noviembre de 2009.] http://www.healthsystem.virginia.edu/UVAHealth/peds_neuro_sp/eeg.cfm.
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5. Pijeira Cabrera, Héctor Gama. [En línea] 19 de Enero de 2009. [Citado el: 18 de Diciembre de 2009.] http://gama.uc3m.es/index.php/the-news/64-matlab.pdf.
6. Durán Toro, Amador. Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos. Univ de Sevilla. [En línea] Marzo de 2006. [Citado el: 22 de Enero de 2010.] http://www.lsi.us.es/docencia/get.php?id=2005.
7. Övergaard, Gunnar y Palmkvist, Karin. Use Cases Patterns and Blueprints. 2004. ISBN/0-13-145134-0.
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