Influencia de estados de atención sobre videojugadores utilizando electroencefalogramas portátiles

Abstract

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 meditación. 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 estudio se observó que el algoritmo de K-means ayudó a la identificación de dos grupos de atención aunque no hubo diferencias significativas entre el rendimiento y la atención.

Full text


utilizando electroencefalogramas portátiles
Francisco Javier Landa-Torres
1
, Genaro Rebolledo Méndez
2
, Sergio Hernández
González
3
, Nery Sofía Huerta Pacheco
4
{fco.j.landa@gmail.com
1
, {grebolledo
2
, sehernandez
3
, nehuerta
4
}@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

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Palabras clave. videojuegos, procesos cognitivos, estados de atención, K-means.

   
114
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 dife-
rentes 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).

Francisco Javier Landa-Torres, Genaro Rebolledo Méndez, Sergio Hernández González, Nery
Sofía Huerta Pacheco 115
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 parti-
culares 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 ob-
servar y evidenciar el rendimiento obtenido, los cuales puedan dar pie a nuevas inves-
tigaciones con actividades ordinarias del ser humano.

   
116
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.

Francisco Javier Landa-Torres, Genaro Rebolledo Méndez, Sergio Hernández González, Nery
Sofía Huerta Pacheco 117
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 vi-
deojuego, 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 video-
jugador 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

   
118

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.

Francisco Javier Landa-Torres, Genaro Rebolledo Méndez, Sergio Hernández González, Nery
Sofía Huerta Pacheco 119
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. 

Francisco Javier Landa-Torres, Genaro Rebolledo Méndez, Sergio Hernández González, Nery
Sofía Huerta Pacheco 121
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,

   
122
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 parti-
cipantes 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.
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 
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 
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