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Influencia de estados de atención sobre videojugadores utilizando electroencefalogramas portátiles Conference Paper · September 2012
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4 authors: Francisco Javier Landa-Torres
Genaro Rebolledo-Mendez
Universidad Veracruzana
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Sergio Hernández-González.
Nery Sofía Huerta - Pacheco
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utilizando electroencefalogramas portátiles Francisco Javier Landa-Torres1, Genaro Rebolledo Méndez2, Sergio Hernández González3, Nery Sofía Huerta Pacheco4 {
[email protected], {grebolledo2, sehernandez3, nehuerta4}@uv.mx Universidad Veracruzana, Facultad de Estadística e Informática.
Resumen. El cerebro es el órgano más importante del ser humano, coordinando una gran cantidad de procesos mentales. Por otro lado, los videojuegos repre-sentan una herramienta de entrenamiento objetivo, ya que agilizan al cerebro para la toma de decisiones y permite el enfoque de atención simultánea, por lo que el rendimiento del cerebro está centralizado sobre procesos cognitivos. Mindwave es un biosensor de la compañía de Neurosky, qué permite la lectura de valores de la actividad neuronal acompañados de niveles de atención y medi-tación. Con el uso de esta tecnología, se siguió una metodología de interacción de un sujeto con un videojuego durante un periodo de tiempo para la captura de la actividad neuronal. En los resultados en este
Palabras clave. videojuegos, procesos cognitivos, estados de atención, K-means.
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1 Introducción La actividad cerebral es considerado el producto de la comunicación entre neuro-nas debido a la ejecución de procesos mentales en un momento determinado, emitien-do corriente eléctrica que puede ser medida en frecuencia (velocidad de ondulaciones eléctricas medidas en Hertz o ciclos por segundo), el cuál permite determinar las diferentes categorías de ondas cerebrales. De acuerdo a la actividad que la persona está realizando, el comportamiento de las ondas cerebrales muestran una conducta diferen-te, un comportamiento particular mental. Con respecto lo anterior, procesos tales como la cognición, concentración, solución de problemas y análisis lógicos, así como la actividad locomotriz, emotividad, creatividad, producen una emisión particular del la actividad neuronal. La investigación del comportamiento cerebral ante situaciones cotidianas ha tenido un crecimiento lento, debido a la utilización de aparatos voluminosos y costosos que imposibilitan la captura de información en situaciones comunes, pues es limitado el uso de estos aparatos en habitaciones bajo condiciones controladas. Debido a esto, el estudio de la actividad cerebral se ha visto limitada en sus distintos enfoques, impi-diendo encontrar nuevos usos e implementaciones. La existencia de electroencefalo-gramas de este tipo han permitido que las investigaciones cerebrales sean orientados hacia la salud de este estudio no debe enfocarse solo en eso, sino en buscar aplica-ciones de utilidad que señales cerebrales para la comunicación con el exte-rior. Sin embargo, el avance tecnológico ha posibilitado la creación de dispositivos portátiles, que han permitido que el rango de investigación del cerebro crezca a otras áreas, por ejemplo los estudios orientados a cualquier actividad cotidiana, siempre y cuando permanezca el dispositivo en la cabeza del individuo como una diadema. Tal es el caso del biosensor Mindwave de Neurosky, el cual es un dispositivo biosensor que captura actividad neuronal de manera no invasiva de un canal, que emite valores de las ondas cerebrales, así como también registra la cantidad de atención y medita-ción en una escala de 0 a 100, cuyos resultados fueron comparados ante un sistema tradicional conocido como Biopac, teniendo registros muy similares. (Ver Figura 1).
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Figura 1. Registros de señales de electroencefalogramas en bruto entre los sistemas de Neurosky y Biopac. (Neurosky, 2009)
comunes en la vida diaria de ser humano, debido a la aparición de una serie de consolas con interfaces más llamativas en su uso. La reacción que produce esta interacción en el cerebro humano es la de agilización en la toma de decisiones, mejoramiento en la creatividad e imaginación para la resolución de problemas, mayor coordinación locomotriz, y aumento en la capacidad y enfoque de la atención; por lo que la mayor parte de los procesos son cognitivos. La atención se desarrolla en la parte frontal del cerebro, en dicha área también se desenvuelven otras funciones cognitivas que nos permiten dirigir la conducta del ser humano hacia un objetivo, así como la motivación e incluso el razonamiento lógico.
El objetivo de esta investigación está orientado a encontrar comportamientos particulares de los estados de atención con la ayuda de los valores de la escala de atención, poniendo en comparación a los resultados conseguidos por el videojugador para observar y evidenciar el rendimiento obtenido, los cuales puedan dar pie a nuevas investigaciones con actividades ordinarias del ser humano.
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2 Metodología El objetivo de la implementación de la experimentación es obtener variables res-puestas capturar los niveles de atención, así como también los resultados obtenidos durante la edad, que cursaba el octavo semestre de la Licenciatura en Informática en la Facultad de Estadística e Informática de la Universidad Veracruzana, el cual presentaba características normales de un estudiante promedio (asistencia regular a clases y avance académico mayor al 50%). La información se
obtuvo durante 16 días, replicando el diseño experimental para
observar la viabilidad de este, considerando la atención en conjunto con la interac-ción del estudiante con un videojuego. La primera fase de la experimentación, consistió en la preparación de los elemen-tos participantes, los cuales fueron 1) una consola Xbox utilizando el videojuego en primera personaje al inicio de la interacción para dar continuidad al desarrollo del usuario con el videojuego, 2) una computadora portátil (sistema operativo Windows con la arquitectura de 32 bits), que contó con la Máquina Virtual de Java que permi-tió ejecutar la aplicación utilizada para la captura de la actividad neuronal emitida por el biosensor como se muestra en la Figura 2, y 3) un dispositivo Mindwave de Neu-rosky como instrumento de captura de la actividad neuronal (cantidad de atención) basada en la tecnología eSense. Cabe mencionar que la captura de la información es una variación al método tradicional de registro de información neuronal como los son los electroencefalograma utilizados en el área de medicina. atención, típicamente utilizados en la psicología como lo son la detección de estados de por Csikszentmihály en el 2005.
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Figura 2. Pantalla de registros de señales en bruto emitidas por el electroencefalograma portátil
Por consiguiente, en la segunda fase se realizó la interacción del usuario con el videojuego, durante un lapso de 20 minutos por cada réplica realizada, donde se siguió un patrón de reglas en el cual no se proporcionaba ayuda externa al usuario, favore-ciendo el la lógica mostrada en el videojuego. También tuvo participación en la prueba un monitor características en la interacción. Como última fase de la experimentación, el monitor fue el encargado de detener la interacción después del tiempo establecido, seguido por la captura de puntuación obtenida por el usuario. Cabe mencionar que las interacciones realizadas por el videojugador no fueron hechas en días consecutivos, debido a la disponibilidad del usuario para hacer el experimento. 3 Resultados La cantidad de información que emite el dispositivo Mindwave es de 512 registros por segundo como máximo y como mínimo valores nulos, aunque para la realización de este estudio se adaptó la información a un registro por segundo, y de esta forma se obtuvo que la información generalizada por segundo fue representativa de la información original. Se utilizó el software Statistica 7 para el desarrollo del análisis de la información recaudada
el conjunto de datos de la actividad neuronal, debido a que el software cuenta con una sección especializada para la ejecución de algoritmos de agrupamiento. Con la utilización
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atención, se pudo distinguir dos grupos de esta actividad mental a través de un análisis de (p < .05) entre el primer grupo con respecto al segundo, tomando los valores evaluados
Figura 3.
comportamiento obtenidos durante los 16 días de experimentación, donde se observó valores no intersectados entre ellos de los 16 días de interacción. Además que la ausencia de la información del día siete no perjudican en el comportamiento normal de la actividad atencional, ya que la información generada por día fue manera independiente como se puede observar en la Figura 4.
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Figura 4.
Para encontrar la relación que existió entre la atención y el rendimiento del video-jugador, se comparó la información de puntuación, cantidad de muertes, precisión y ganancia de
encuentra altamente relacionadas (r = .96) con la cantidad de muertes registradas por el juego. De acuerdo a los resultados que se presentan en la Tabla 1, se encontró un 66.66% de días con niveles de atención altos basado en un punto de corte en media de puntuación en el último día, añadiendo que el rango de precisión que tuvo el videojugador fue del 28% en ese mismo día. entre los grupos de atención y las puntuaciones generadas por el usuario. Como se puede
(F(1,13) = 1.4116, p = 0.2560), esto puede ser debido a que la cantidad de muestras son limitadas por la modalidad de este estudio que es explorato-rio, por lo que una cantidad mayor de información podría evidenciar de mejor forma los resultados. Aunque se puede percatar que cuando el usuario presentó niveles altos de atención, generó mayor puntaje, lo que permite ver que la mayor parte de la inter-acción del usuario presentó este estado de atención.
120 Día
Puntuación
Cantidad de muertes
Precisión (%)
Ganancia de puntuación
1
27
0
27
27
1
2
92
0
36
65
1
3
163
2
31
71
1
4
194
3
27
31
2
5
250
4
29
56
1
6
314
4
29
64
1
8
400
8
30
86
1
9
443
8
30
43
2
10
504
10
31
61
1
11
547
12
31
43
1
12
614
12
31
67
2
13
657
15
29
43
1
14
697
18
29
40
2
15
736
24
28
39
2
16
816
26
28
80
1
Figura 5. encontrado (1= Niveles altos, 2 = Niveles bajos)
Figura 6.
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4 CONCLUSIONES Este trabajo de investigación en general, obtuvo las siguientes conclusiones: del nivel de atención emitidos por el dispositivo Mindwave con su tecnología eSense,
rendimiento del videojugador con los estados de atención encontrados, aunque un la atención. El despegue de puntuación en el último día de la interacción pudo ser atribuido desarrollan en la misma parte del cerebro pero que podrían encontrar una rela-ción
así como la menor cantidad de puntuación estuvo ligado con poca aten-ción generada durante la atención.
y la ingesta diaria de cafeína. Aunque la agrupación de los niveles de atención son claramente separados, algu-nos días tienden a tener la misma conducta entre ellos, pudiendo presentar un patrón de comportamiento mental en el usuario analizado. Finalmente en esta investigación se concluye que a mayor nivel atención presentada por el estudiante durante la interacción con un videojuego se obtuvieron mayores puntuaciones y que a través de información capturada se pueden dar otro tipo de índices como niveles de relajación y combinaciones de ondas neuronales explicado respuestas de percepción, decisión, memorización, procesamiento semántico, estímu-los sensoriales, emociones, entre otras. 5 Trabajos futuros Este estudio ha proporcionado información acerca del comportamiento atencional enfocado hacia actividades de interacción con videojuegos, realizado en una sola persona como estudio exploratorio, sin embargo debido a la información encontrada, la continuidad de la investigación orientada a una cantidad mayor de usuarios propor-cionaría información que permita encontrar patrones de comportamiento que genera-lizarán a los usuarios,
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pues este estudio solo puede proporcionar la viabilidad y facti-bilidad de realización desarrollo de tecnología adaptable a los usuarios de acuerdo a su actividad de atención, desarrollándose en el área de los videojuegos como uno de los campos aplicables. Otro enfoque para esta investigación, es encontrar el comportamiento de las ondas neuronales en relación con los estados de atención encontrados con la metodología descrita en este artículo. Con este enfoque, será posible encontrar los elementos participantes en la generación de estados de atención en un individuo, que no solamente puedan estar generados por la interacción con videojuegos, sino que también orienta-
correlaciones entre las ondas cerebrales e interpretar la función individual de la actividad neuronal para poder dar explicación a su comportamiento conjunto. ciado por diferentes factores, pues como se ha mencionado anteriormente, algunas canso podrían alterar el comportamiento mental esperado. Un trabajo de investigación comportamiento neuronal, y sobre todo en los estados de atención, añadiría al campo de a la ausencia o presencia de algunas características o sustancias y sus efectos producidos, real de las ondas cerebrales de manera individual y en con-junto. 6 Referencias
1. Adding Two Bits (2011). ThinkGear in Java: First attempt. Recuperado el 14 de marzo del 2012. alpha, delta, and theta oscillations govern cognitive processes. Interna-tional Journal of Psychophysiology, 241-248. Csikszentmihalyi, M., Abuhamdeh, S. and Nakamura, J.(2005). “Flow”. [book auth.] A. Elliot. Handbook of Competence and M Motivation. New York : Guil-ford Press. 3. Colmenero, José María; Catena, Andrés; Fuentes, Luis J. (2001). Atención visual: Una revisión sobre las redes atencionales del cerebro. Anales de psicología, 17, 1, 45-67. 4. González-Estévez, A., García-Sánchez, C., Junqué, C. La atención: una compleja función cerebral. Recuperado el 16 de noviembre del 2011, de http://www.disa.
Francisco Javier Landa-Torres, Genaro Rebolledo Méndez, Sergio Hernández González, Nery Sofía Huerta Pacheco
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bi.ehu.es/spanish/asignaturas/17223/La_atencion.pdf 5. NeuroSky (2009). Brain Wave Signal (EEG) of NeuroSky, Inc. Recuperado el 12 de septiembre del 2011, de http://www.neurosky.com/Documents/Document. pdf?DocumentID=77eee738-c25c-4d63-b278-1035cfa1de92 cuperado el 12 de septiembre del 2011, de http://www.neurosky.com/Documents/ Document.pdf?DocumentID=809fde40-0fa6-4ab6-b7ad-2ec27027e4eb 7. Tostado Castaño, Eduardo & Domínguez Domínguez, Jorge. (2010). Diseño de Experimentos: Estrategias y Análisis en Ciencia y Tecnologia. Universidad Autónoma de Quéretaro. ISBN: 978-7740-56-8. Querétaron, México. 8. Wise, Anna. (1997). The high-performance mind. Penguin group. Nueva York.
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