DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA PARA BIOFEEDBACK GSR
Marcelo Barbosa de Lima, Milena Bueno Pereira Carneiro, Sérgio Ricardo de Jesus Oliveira
Graduação em Engenharia de Telecomunicações - Uniminas - União Educacional de Minas Gerais Alfredo Vilela, 255 Morada da Colina CEP38411-113
E-mail: mbl@uniminas.br, milenabueno@yahoo.com, srjoliveira@uniminas.br
Resumo - O objetivo deste trabalho é apresentar o
desenvolvimento do sistema de biofeedback GSR (Galvanic Skin Response - Resposta Galvânica da Pele) que pode ser um método utilizado no tratamento de stress. O equipamento desenvolvido é capaz de capturar as informações de variação da impedância da pele e fornecer um feedback para o paciente.
Palavras-Chave - Biofeedback, GSR, Medicina
comportamental.
GALVANIC SKIN RESPONSE –
BIOFEEDBACK GSR
Abstract - The objective of this work is to present the
main features of the biofeedback GSR (Galvanic Skin Response) system, which is a method used for stress treatment by professionals of the area. It is still proposed the project of a device which must be able to capture the informations of skin resistance variations, which will be manipulated and duly interpreted, in the future.
Keywords - Biofeedback, Behavioral medicine, (GSR), Human skin.
I.INTRODUÇÃO
O termo biofeedback é utilizado para indicar a possibilidade de modificar uma resposta fisiológica em função da informação de como esta varia [1]. Biofeedback pode ser definido como uma técnica que utiliza um equipamento para revelar às pessoas alguns dos seus eventos psicofisiológicos, na forma visual ou auditiva, ensinando-a a manipular estes e outros eventos involuntários. Funciona como “espelho interno”, fornecendo uma resposta precisa e imediata de um determinado evento psicofisiológico. Um instrumento de biofeedback é um monitor passivo, como um rádio. Ele não faz nada por você, ele apenas informa o que você fez [2]. O biofeedback GSR (Galvanic Skin Response) utiliza a resposta galvânica da pele como elemento para avaliação da resposta fisiológica.
Através da medição da variação da impedância elétrica da pele humana, o GSR fornece informações a respeito do nível de stress em que um indivíduo se encontra.
Este artigo tem como objetivo apresentar a proposta de um dispositivo para a aquisição dos sinais de GSR, que pode ser utilizado em terapias de biofeedback. Na próxima seção, descreve-se os fundamentos do GSR e apresenta-se o hardware desenvolvido. Em seguida, alguns resultados experimentais são apresentados e, finalmente, conclui-se o trabalho.
II.BIOFEEDBACK GSR
A pele é o maior órgão do corpo humano, envolve o corpo determinando seu limite com o meio externo. Corresponde a 16% do peso corporal e exerce diversas funções, como: regulação térmica, defesa orgânica, controle do fluxo sanguíneo, proteção contra diversos agentes do meio ambiente e funções sensoriais (calor, frio, pressão, dor e tato). Trata-se de um órgão vital, sem o qual, a sobrevivência seria impossível. A Figura 1 ilustra um corte da pele, onde é possível observar os principais elementos que a constituem.
Figura 1- Esquema de um corte de pele. [3]
A pele humana apresenta uma impedância elétrica (oposição à passagem de corrente elétrica) que pode variar dependendo do grau de abertura de seus poros e de sua umidade. Esta propriedade da pele tornou possível a aplicação do biofeedback GSR para tratamento de stress.
A medida da impedância resistência da pele pode dar uma idéia do nível de relaxamento de uma pessoa, uma vez que, quanto mais relaxado estiver o indivíduo, mais fechados estarão os seus poros, mais seca estará sua pele, e consequentemente uma maior impedância elétrica será medida. (glândulas sudoríparas “desligadas”). Quando a pessoa está com certo nível de stress, os poros presentes na superfície da pele se abrem, podendo aumentar a transpiração da pessoa, o que resulta em uma diminuição da impedância observada sobre a pele. Essa variação de impedância deve ser “sentida” pelo GSR.
Pode-se fazer uma analogia entre a estrutura da pele e um circuito elétrico, como mostrado na Figura 2. As glândulas sudoríparas podem ser vistas como impedâncias em paralelo, sendo que, dependendo das suas condições de umidade, podem ou não representar um caminho para a corrente elétrica da superfície da pele até as suas camadas mais profundas.
Assim, quando um poro está aberto, ele permitirá a passagem de corrente elétrica com mais facilidade (glândula sudorípara “ligada”) enquanto um poro contraído representa uma oposição à passagem de corrente elétrica (glândula sudorípara “desligada”).
Figura 2 - Modelo elétrico da pele. [4]
Para que seja possível medir a impedância da pele é necessário utilizar os chamados eletrodos que são sensores utilizados para conectar um circuito elétrico a uma parte não metálica. O eletrodo deve ser constituído por um material condutor de eletricidade e o seu objetivo é proporcionar uma transferência de elétrons entre o circuito e o meio no qual está inserido.
A Figura 3 ilustra um tipo de eletrodo ideal para ser utilizado em um sistema de biofeedback GSR. A superfície metálica deve ser constituída de um material com baixa resistividade, geralmente a prata. Alternativamente, também podem ser utilizados materiais mais baratos, como o alumínio.
Figura 3 - Modelo de eletrodo. [5]
Como visto, a variação da impedância da pele está diretamente relacionada com a ação das glândulas sudoríparas. A mão é a região do corpo que apresenta a maior concentração de glândulas sudoríparas por unidade de área (2000 glândulas por centímetro). Por este motivo, os eletrodos devem ser colocados, preferencialmente, nos dedos da mão, conforme Figura 4, por se tratar de uma região onde as alterações provocadas por variações no estado emocional se apresentam mais rapidamente e são mais evidentes. [5]
Figura 4 - Exemplo de posicionamento dos eletrodos. [5] O objetivo do projeto é medir a variação da impedância da pele. Uma maneira de se observar esta variação, seria injetar, através de eletrodos, uma corrente de valor constante e conhecido na pele da pessoa para se obter a diferença de potencial nos terminais desses eletrodos.
Uma vez que a corrente que irá circular na pele do indivíduo deve ser aproximadamente constante, uma variação da resistência galvânica da pele deverá provocar uma variação linear no nível de tensão entre os terminais do eletrodo.
O valor mínimo da corrente que uma pessoa pode perceber é 1mA. Com uma corrente de 10mA, a pessoa perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir as mãos para se livrar do contato. O valor que poderá ser fatal está compreendido entre 10mA e 3A [6].
A partir dos valores de corrente descritos acima, pode-se concluir que é conveniente utilizar uma corrente inferior que 1mA para que não seja, de forma alguma, percebida pelo indivíduo e não cause qualquer desconforto.
Para o projeto foi adotado um valor de corrente constante de 10 A.
A Figura 5 apresenta o projeto eletrônico que fornecerá esta corrente.
Figura 5 - Modelo eletrônico fonte de corrente
O sinal desejado, muitas vezes, poderá ser destorcido por ruídos de alta freqüência. Para eliminar os ruídos foi projedo um filtro passa baixa com freqüência de corte igual em 10 Hz.
Neste projeto utilizou-se as redes ativas Butterworth para uma filtragem passa baixa do sinal. A rede ativa Butterworth foi escolhida por sua excelente estabilidade, resposta plana em amplitude (atenuação constante) dentro da faixa de passagem do filtro e por possuir uma resposta linear em fase, ou seja, o deslocamento de fase de uma dada harmônica do sinal é mais ou menos proporcional/linear à sua freqüência. O modelo do filtro utilizado está mostrado na Figura 6.
Figura 6 - Filtro Butterworth passa baixa de 3 pólos III.RESULTADOS OBTIDOS
Para comprovar se o valor da corrente seria constante algumas medidas foram coletadas, conectando um potenciômetro de 10KO entre o terminal coletor do transistor e o terra. Variando a resistência, são medidos os respectivos valores de tensão entre os terminais do eletrodo, e pela Lei de Ohm, calcula-se a corrente. Os valores obtidos estão mostrados na Tabela 1.
Tabela 1 - Valores obtidos experimentalmente
R (O) V (mV) I (µA) 1000 10 10 2000 20 10 3000 30 10 4000 40 10 5000 40 10 6000 60 10 7000 70 10 8000 80 10 9000 90 10
Traçando os valores de resistência e tensão, obtém-se o gráfico da Figura 7 que ilustra a curva de corrente. Pode-se observar que esta curva se apresenta linear, o que indica corrente constante. Portanto a fonte de corrente projetada está adequada para esta aplicação.
Corrente 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 R( ) T e n s ã o V (m V )
Figura 7 - Gráfico Resistência X Tensão
A Figura 8 Apresenta uma simulação realizada com o software desenvolvido onde a mesma apresenta o sinal capturado através do hardware projetado, esse sinal ilustra a variação da resistência da pele do individuo.
Figura 8 - Gráfico Variação da resistência X Tempo 1.5k + -LM324 12 13 14 4 1 1 +12 V 270k +12 V V-2N3906 3 2 1 Vzener = 2.7v R1 R2 +12 V Eletrodo 33O K 33O K Ohm 10 nF 68 nF + -5 6 7 4 11 33O K
180nF
IV.CONCLUSÃO
Os resultados obtidos nos experimentos, apesar de ainda não serem conclusivos, indicam que o projeto desenvolvido, poderá ser utilizado em equipamentos de biofeedback. Essa afirmação se justifica não somente pelos resultados observados, mas também em função da simplicidade de utilização e o baixo custo do projeto. Outra característica importante é que, em um equipamento de biofeedback, o GSR poderá ser utilizado isoladamente ou combinado com outras modalidades (miofeedback, neurofeedback, termofeedback, cardiofeedback, e feedback respiratório), agregando assim, uma maior abrangência de informações sobre o paciente no tratamento da patologia.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] M. Simón, Manual de técnicas de terapia e modificação do comportamento, cap. Biofeedback, p.
335 - 358, Editora Santos, 2002.
[2] G. Fuller, D., Biofeedback – Methods and procedures in Clinical Practice. Biofeedback Press, 1977.
[3] A pele, dermatologia.net, Disponível em:
http://www.dermatologia.net/neo/base/pelenormal.htm Acessado em: 19 Abril de 2006.
[4] Schawartz, M. S., Biofeedback – A Practioner’s Guide. Guilford, seconde ed., 1995.
[5] http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletrodo, Acessado em: 11 Maio de 2006.
[6] D. Soares, A., efeitos da eletricidade no corpo humano, segurança em eletricidade, Disponível em:
http://dalcantara.vilabol.uol.com.br/index4.html, Acessado em: 11 Maio de 2006.
[7] SA, Angela Abreu, Uma Proposta de Sistema Computacional em Tempo Real para Biofeedbak Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de
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